Una capa de óxido de grafeno protege al silicio de la oxidación

 

La presencia de una capa natural de óxido de silicio (SiO_x) sobre la superficie del silicio (Si) ha sido un obstáculo para la tecnología de semiconductores y electrónica. Esta capa aislante es un factor operativo limitante, que bloquea la transferencia de carga y, por lo tanto, las señales eléctricas para una variedad de aplicaciones. La eliminación de la capa de SiO_x con soluciones de fluoruro deja una superficie de Si – H reactiva que, en condiciones ambientales, solo es estable durante pocas horas antes de que comience a reoxidarse. 

 

Investigadores de Australia descubrieron que una sola capa de óxido de grafeno (GO_x) sobre el silicio forma una barrera impermeable que evita que las superficies de Si se oxiden en condiciones ambientales durante más de 30 días. Muestran que la capa protectora de GO_x se puede modificar con moléculas que permiten una superficie funcional que favorece una mayor conjugación química o conexiones con los electrodos superiores, al tiempo que conserva no oxidado al Si cubierto. Además, la capa de GO_x se puede cambiar electroquímicamente a óxido de grafeno reducido, lo que permite el desarrollo de un material dinámico para tecnologías de electrónica molecular. Estos hallazgos demuestran que los materiales 2D como el GO_x, pueden sustituir a las monocapas orgánicas autoensambladas que se utilizan típicamente para proteger y ajustar las propiedades del Si, y abren un campo de posibilidades que combinan las tecnologías del Si y los materiales 2D.

 

Los resultados fueron publicados recientemente en ACS Applied Materials & Interfaces

Destino a largo plazo de las partículas magnéticas en ratones: un estudio integral

 

La formación de imágenes por partículas magnéticas es una técnica tomográfica emergente que produce imágenes de alta resolución y alta sensibilidad en tiempo real. Las partículas de óxido de hierro superparamagnéticas permiten la obtención de imágenes oncológicas, de inflamación y de trauma. El uso seguro de nanopartículas en medicina requiere un conocimiento completo de su farmacocinética, incluido el catabolismo de las partículas en el cuerpo.

 

Científicos de la Academia de Ciencias de Rusia realizaron un extenso estudio de los factores que afectan la tasa de degradación de las partículas magnéticas en los mamíferos.   Desarrollaron un enfoque espectral magnético que permite realizar mediciones cuantitativas y no invasivas en ratones de partículas magnéticas, sin la influencia del hierro biogénico. La no invasividad del método permitió realizar un extenso estudio del destino de 17 tipos de partículas de óxido de hierro durante 1 año.  Determinaron 5 parámetros que afectan la vida media de las nanopartículas: dosis de partículas, tamaño, potencial zeta, tipo de recubrimiento de la superficie y arquitectura interna de los nanoagentes.

 

Los aspectos básicos revelados en este trabajo con respecto a  la degradación de partículas in vivo pueden facilitar el diseño de nano y micro partículas con un destino predecible a largo plazo. El enfoque no invasivo se puede  ampliar para comprender mejor el destino a largo plazo de las partículas magnéticas en los tejidos animales con el fin de desarrollar nanoagentes terapéuticos más seguros.

 

Los resultados fueron publicados recientemente en la revista ACS Nano 2021

Una nueva familia de MXenos basados en cobre

 

Los MXenos son carburos, nitruros o carbonitruros de metales de transición bidimensionales con fórmula química M_n+1X_n, donde M es un metal de transición (usualmente Ti, Mo, Ta, Nb, u otro) y X es carbono, nitrógeno o una mezcla de ambos. Los MXenos ofrecen combinaciones únicas de propiedades electrónicas, ópticas, mecánicas y coloidales.

 

Tienen alta conductividad eléctrica, un alto potencial zeta negativo y absorción eficiente de ondas electromagnéticas. Esto ha permitido su  aplicación en almacenamiento de energía, catálisis, biomedicina, electrónica y optoelectrónica, entre otras áreas. Además, algunos de estos compuestos presentan propiedades magnéticas  que se pueden modular mediante la funcionalización de la superficie para ser empleados en la fabricación de dispositivos espintrónicos. 

 

Recientemente, investigadores del CNyN publicaron en la revista Nature Scientific Reports evidencia teórico-computacional sobre la existencia de MXenos basados en cobre, previamente desconocidos por la comunidad científica. Dichos resultados permitirán incluir la gran gama de aplicaciones del cobre al universo de los materiales MXenos.

 

Los resultados se publicaron recientemente  en Nature Scientific Reports

Nanomedicina: uso de nanomedicamentos en pacientes

 

Investigadores del Consorcio Tecnológico Europeo en Nanomedicina comparten sus opiniones sobre el futuro de la nanomedicina, y las más de 50 formulaciones de base nanotecnológica aprobadas y comercializadas. Tres de estos nanomedicamentos sobresalen: Hensify (NBTXR3), la primera nanopartícula de óxido de hafnio (HfO₂), usada para mejorar el efecto ionizante de la radioterapia en el tratamiento del sarcoma. Vyxeos, aprobado en 2017 por la Agencia de Fármacos y Alimentos de USA para el tratamiento de la leucemia mieloide y que es un nanoliposoma que contiene citarabina y daunorrubicina, en una proporción 1:5, lo cual potencia el efecto de los fármacos y mejora su farmacocinética. En el 2018, se aprobó Onpattro, la primera tecnología de nanolípidos que encapsulan ARN de interferencia, utilizado para el tratamiento de la amiloidosis cardíaca por transtiretina, una enfermedad potencialmente mortal que provoca depósitos excesivos de proteínas amiloides en los nervios periféricos y el corazón, ocasionando severas neuropatías. 

 

Existen más de 400 nanomedicamentos actualmente sometidos a ensayo clínico, sobre todo para la entrega intracelular de ácidos nucleicos como el ARN de transferencia y el mensajero. Estos nanomedicamentos combinan las actividades biológicas de los nanomateriales derivadas de sus propiedades fisicoquímicas, y el potencial sinérgico de fármacos y biomoléculas activas. Asimismo, los nanomedicamentos están aunados a otras tecnologías como la biofotónica, microfluídica, materiales avanzados, robótica, etc.  Por esta razón, la así llamada medicina traslacional, que utiliza la nanotecnología para solucionar problemas de la salud mundial, enfrenta una disyuntiva actual, entre la fabricación de nuevos y mejores nanomateriales para el tratamiento oncológico o diversificarse en la resolución de nuevos problemas de salud mundial.

 

Los resultados fueron publicados en el Journal of Controlled Release

Estrategia de intercalación para mejorar el efecto SERS en materiales tipo van der Waals

 

La dispersión Raman amplificada por la superficie (SERS,  por sus siglas en inglés) detecta sustancias con una sensibilidad de hasta moléculas individuales. El efecto SERS se logra en la superficie de nanopartículas de metales nobles como Au y Ag, y surge debido al efecto de la resonancia localizada de plasmones de superficie en los denominados “puntos calientes” donde el campo electromagnético se amplifica localmente y, en consecuencia, aumenta la intensidad de la dispersión Raman. Sin embargo, la desventaja de estos sustratos es la dificultad de controlar la ubicación de los “puntos  calientes”, lo que limita su aplicabilidad. Aparecen alternativas en materiales bidimensionales (2D), donde el efecto SERS se debe a un proceso basado en la transferencia de carga fotoinducida, que conduce a la polarización de la molécula de prueba.Con este tipo de materiales, la dispersión Raman puede aumentar hasta en un factor de 10⁸.

 

En este trabajo, investigadores chinos lograron intercalar H⁺ en una sola lámina de MoO₃ con enlaces van der Waals. Demostraron que la señal Raman  de la molécula Rodamina 6G (R6G) aumenta significativamente, lo  que se ve favorecido por  la transferencia de carga entre el sustrato y la molécula. El límite de detección fue para una concentración de 10^-8 M de la molécula prueba (R6G).

 

En resumen, se mejoró el rendimiento de una nanolámina de MoO₃ utilizando tecnología de intercalación controlada. Una lámina gruesa de MoO₃ inactiva a SERS, se convierte en una nanolámina de MoO₃ activa. Además, este sustrato intercalado para SERS es uniforme y estable.

 

Los resultados fueron publicados en Applied Surface Science

Superredes superfluorescentes con estructura tipo perovskita basadas en nanocubos de perovskitas de haluros de plomo

 

A diferencia de la fluorescencia, la superfluorescencia es una emisión colectiva de varios dipolos fotoexcitados inicialmente de forma incoherente, que se acoplan por su campo común de fotones, cuya pérdida de excitación radiativa ocurre más rápido que en la fluorescencia en varios órdenes de magnitud (de < 10^-8 a 10^-12 segundos).

 

La superfluorescencia se demostró recientemente en superredes de nanocristales de perovskita (ABO₃) de haluro de plomo con la geometría de empaquetamiento cúbico simple de nanocristales cúbicos en un súper-cristal tridimensional. Sin embargo, los avances recientes en la ciencia coloidal sugieren que puede ser posible una ingeniería estructural mucho más amplia de superredes que permita el ajuste programable de la emisión colectiva.

 

Un grupo de investigadores de Europa y Estados Unidos demostró que se pueden construir superredes artificiales con la configuración tipo perovskita combinando diferentes tipos de nanocristales. Obtuvieron superredes de nanocristales binarios y ternarios de tipo perovskita (ABO₃), creadas a través del co-ensamblaje dirigido de nanocristales de CsPbBr₃ cúbicos altamente luminiscentes y estabilizados estéricamente ocupando el sitio B y/o O, nanocristales esféricos de Fe₃O₄ o NaGdF₄ ocupando el sitio A, y nanocristales de PbS con forma de cubo truncado ocupando el sitio B. Estas superredes ABO₃, exhiben un alto grado de ordenamiento orientacional de los nanocubos de CsPbBr₃. Las superredes exhiben superfluorescencia con una emisión colectiva ultrarrápida (22 picosegundos) que podría adaptarse para su uso en fuentes de luz ultrabrillante. Los resultados establecen las bases para una mayor exploración de mesoestructuras de perovskita complejas, ordenadas y funcionalmente útiles.

 

Los resultados se publicaron en Nature

Absorción de energía de alto rendimiento por nanofluidos en enrejados porosos zeolíticos

 

La necesidad de absorber la energía por impacto mecánico ha generado diversos tipos de amortiguadores fabricados con materiales que pueden ser de un solo uso o reutilizables. Sin embargo, surge un dilema entre la disipación de alta densidad de energía y la posibilidad de reutilización de los materiales.

 

La penetración de soluciones acuosas a presión en materiales nanoporosos hidrófobos, como los enrejados zeolíticos y los organometálicos (MOF) –de área superficial extremadamente grande, típicamente 1,000-10,000 m²/g– es un proceso prometedor para la obtención de sistemas absorbentes de energía de alta eficiencia. La presión hidrostática de un impacto fuerza al líquido a entrar en los nanoporos, convirtiendo así el trabajo mecánico en energía interfacial. 

 

En la numerosa familia de MOFs se han identificado ciertos materiales para esta aplicación como son los enrejados de imidazolato zeolítico (ZIF, del inglés zeolitic imidazolate framework), hidrotermalmente estables, que consisten en nanocajas hidrofóbicas conformadas por metales de transición coordinados tetrahédricamente con imidazoles (C₃H₄N₂) los cuales se conectan entre sí en un enrejado tipo zeolítico. 

 

Un grupo de investigadores europeos estudió los mecanismos de penetración del agua en condiciones reales de alta velocidad de deformación de hasta 10³ s^-1. Encontraron un aumento crítico en la capacidad de los sistemas ZIF-agua confinada para absorber energía a mayores cambios de deformación. Demostraron que esta atractiva respuesta ocurre en las ZIFs de nanocajas y desaparece para aquellos enrejados zeolíticos que contienen canales. El modelado molecular muestra que este fenómeno ocurre debido a la escala de tiempo de nanosegundos requerida para la nucleación de cúmulos de agua de tamaño crítico dentro de las nanocavidades, que aceleran la transferencia de agua. Utilizando este conocimiento fundamental, los autores formularon reglas de diseño para crear absorbedores de energía de impacto eficientes, personalizables y reutilizables.

 

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Materials