Micrografía multifotónica de baja irradiancia con nanocristales aleados de NaYF4 dopados con lantánidos

Uno de los métodos más comunes de generar imágenes de células y tejidos en un cuerpo vivo consiste en introducir partículas fluorescentes cuya luminiscencia es excitada por un láser. Sin embargo, para evitar los daños por radiación que sufren las células por la excitación con el láser, es necesario reducir la potencia de la radiación,  lo que a su vez reduce en gran medida la sensibilidad del método.

Un equipo de físicos estadounidenses recientemente descubrió que el uso de nanopartículas con una estructura de coraza inerte y un núcleo activo de tetrafloruros NaYF₄dopados con iterbio y erbio, puede mejorar significativamente la sensibilidad  de la microscopía multi-fotón utilizada para la obtención de imágenes de tejidos in vivo. Estas partículas, de aproximadamente 12 nm de tamaño,   producen imágenes en ratones con un contraste mayor a 25 veces la relación de señal/fondo, a profundidades de varios milímetros de tejido y con una potencia de irradiación de solo 0,1 Watts/cm².  

Los investigadores demostraron que, al aumentar la concentración de iones emisores de Er3+ en la coraza, se incrementan los procesos de absorción, impidiendo la saturación de los átomos sensibilizadores de Yb3+, así como la absorción directa de fotones.  

Como resultado aumenta la sensibilidad del método, lo que hace posible, en condiciones in vivo, obtener imágenes detalladas de tejidos humanos y animales localizados a mayor profundidad de la superficie. En el futuro, tales nanopartículas contribuirán a desarrollar métodos para la visualización  no destructiva de los tejidos profundos.

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Communications.

Cúmulos de plata que emiten luz

Los cúmulos de átomos de plata atrapados en zeolitas, un material poroso con pequeños canales y cavidades, tienen notables propiedades emisoras de luz. Un equipo interdisciplinario de físicos y químicos de Bélgica demostró por primera vez el mecanismo de estas propiedades.

Los cúmulos de plata fueron irradiados en la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón en Grenoble, lo que proporcionó información sobre la estructura y las propiedades del material. Se obtuvo evidencia de que se trata de cúmulos de cuatro átomos de plata en forma de tetraedro rodeados por moléculas de agua.

Los cúmulos, aunque tienen una estructura compuesta de varios átomos, tienen propiedades electrónicas parecidas a las de un solo átomo por lo que se les llama “superátomos”. Las propiedades ópticas de los cúmulos se originan en dos electrones que se mueven libremente.

Al ser excitados con la luz del sincrotrón, estos electrones decaen de un nivel de energía más alto a uno más bajo, emitiendo luz en el intervalo de frecuencia del verde. Estas observaciones experimentales se confirmaron mediante cálculos teóricos avanzados.

Los resultados de este trabajo podrán tener aplicaciones en fuentes de iluminación alternativas, entre otras cosas.

El estudio se publicó recientemente en Science.

Autoensamble de nanojaulas inorgánicas de alta simetría dirigido por micelas surfactantes

A partir del ADN, ARN o proteínas, es posible ensamblar objetos de tamaño nanométrico, con estructuras simétricas y con forma de cajas poliédricas, particularmente con simetría icosaédrica, para aplicaciones en biología o medicina. Este logro se debe por una parte a los avances en el desarrollo de materiales biológicos en los que se puede programar el autoensamble. 

Por otra parte, se ha logrado caracterizar con alta resolución estructuras biológicas a  partir de imágenes de nanopartículas individuales producidas por el microscopio electrónico criogénico.

Sin embargo, esta técnica no se había aplicado para identificar nanomateriales inorgánicos sintéticos con forma de jaulas altamente simétricas.

En este trabajo un grupo internacional de investigadores (E.U.A. y Bélgica) propone la existencia de nanojaulas de sílica (menores a 10 nm) con estructura dodecaedral, a partir de microscopía electrónica criogénica y reconstrucciones en 3D de partículas aisladas. Las nanojaulas con alta simetría y auto-ensambladas se forman a partir de cúmulos de silica en solución acuosa sobre la superficie de micelas surfactantes cargadas pero con signos opuestos.

Este descubrimiento abre el camino para una amplia variedad de materiales inorgánicos que podrán usarse como elementos de construcción y aplicaciones como materiales funcionales avanzados.

Los resultados fueron publicados recientemente en la revista Nature.

Sensores nanoestructurados para la detección de alimentos descompuestos

El protocolo de comunicación de campo cercano (NFC, por sus siglas del inglés near field communication) es una tecnología inalámbrica diseñada para que dispositivos móviles transmitan datos de manera instantánea y a corta distancia. Esta tecnología se utiliza actualmente para desarrollar sensores acoplados a teléfonos inteligentes que puedan detectar la calidad del ambiente e indicadores biométricos.

Un grupo internacional de investigadores desarrolló un sensor NFC de gases para aminas volátiles biogénicas, como las que  produce   la carne en descomposición. Este sensor  se compone de polímeros nanoestructurados de polianilina dopada con Fe(III) sulfonato de p-tolueno con dimensiones de entre 60 – 200 nm,  que funcionan como interruptores de   corriente cuando la concentración de las aminas volátiles aumenta en los alimentos. Este sensor de gas-NFC es sensible a concentraciones de hasta 5 ppm de aminas como la putrescina, la cadaverina y el amonio. La sensibilidad del sensor de gas-NFC detectó concentraciones de aminas volátiles menores a las que se producen durante las etapas iniciales de la putrefacción.

La noticia fue publicada recientemente en Nano Letters.