Nanomaterial de carburo de titanio para la eliminación de urea.

La insuficiencia renal es una enfermedad que puede ser mortal, y para eliminar el metabolito urea los pacientes deben realizarse una diálisis de manera regular. Los dispositivos más modernos de diálisis son caros y todavía demasiado grandes y pesados para ser llevados cómodamente en el cuerpo. Recientemente, un grupo internacional de investigadores reportó  un nuevo nanomaterial bidimensional que llamaron MXene, construido de nanoláminas bidimensionales de carburo de titanio, las cuales intercalan las moléculas de urea entre sus capas nanoestructuradas. Se probó que eliminan hasta 94% de urea en pruebas de sangre. En ensayos a temperatura corporal (37 ºC), el MXene duplicó la cantidad de urea absorbida por gramo de material. 

Por otra parte, en pruebas de biocompatibilidad el MXene no resultó tóxico ni indujo apoptosis en las células sanguíneas, lo que sugiere que es biocompatible. Este material selectivo para la urea presenta nuevas oportunidades para el diseño y miniaturización de un sistema que podría funcionar como un riñón artificial portátil.

Esta investigación fue publicado recientemente en la revista de la American Chemical Society ACS NANO.

Conmutación de la magnetización en la nanoescala mediante migraciones iónicas

La manipulación de la magnetización en la escala nanométrica por medio de campos eléctricos puede aplicarse para el almacenamiento de información en la naciente espintrónica de baja potencia.

Por otra parte, lejos de ser perjudicial, la variación controlada de la estequiometria local de los materiales, de los perfiles de defectos y estructuras cristalinas, ofrece una plataforma versátil y conveniente para sintonizar sus propiedades físico químicas.

Investigadores de instituciones de China reportan un estudio teórico-experimental enfocado a la tecnología, sobre el control de la conmutación de la magnetización en la nanoescala mediante la migración de iones inducida por campo eléctrico. Demuestran que la migración de iones, tanto los participantes del ordenamiento magnético como los que provienen de fuentes externas, pueden modular la magnetización de un modo efectivo en películas delgadas ferromagnéticas. Este efecto resulta de fácil integración en la fabricación de dispositivos espintrónicos de baja potencia.

Los resultados fueron publicados recientemente en MRS Communications de la Materials Research Society

Síntesis a temperatura ambiente de láminas micrométricas de grafeno a partir de moléculas simples.

Científicos brasileños demostraron un método sencillo, barato y reproducible de síntesis química del grafeno en condiciones ambientales normales  de temperatura y presión, a partir de moléculas simples, como el benceno o el n-hexano, como precursores. La síntesis de monocapas de grafeno de dimensiones laterales micrométricas se llevó a cabo en la interfaz líquido/líquido  de agua y aceite, utilizando el alto poder oxidante del cloruro férrico sólido. También se sintetizó grafeno dopado con N utilizando piridina como precursor. 

El potencial del nuevo método reside en que se pueden utilizar diversas combinaciones de líquidos inmiscibles para producir grafeno o sus variaciones dopadas empleando otros precursores.

Por otra parte, el método propuesto resuelve el problema tecnológico de transferir el grafeno sintetizado a cualquier tipo de sustrato.

Los resultados de esta investigación fueron publicados recientemente en la revista Chemical Science

Oxidación espontánea de una monocapa de MoS2 expuesta al aire

El plano basal libre de defectos del MoS₂es estable y, por lo tanto, químicamente inerte, lo que le resta versatilidad química y actividad catalítica. 

Sin embargo, un equipo internacional de científicos encontró por primera vez, que una monocapa de MoS₂se degrada rápidamente en condiciones ambientales, oxidándose y convirtiéndose en una solución sólida MoS_(2-x)O_x. Sin embargo, en las investigaciones estructurales de la monocapa de MoS₂se revela que los átomos de oxígeno se incorporan espontáneamente al plano basal durante la exposición al ambiente. Por medio de la microscopía de efecto túnel (STM por sus siglas en inglés) se encontró una reacción en la que algunos átomos individuales de azufre se sustituyen por átomos de oxígeno, formando la solución cristalina 2D de MoS_(2-x)O_x. Los sitios del oxígeno presentes en el plano basal actúan como centros de reacción, aumentando sustancialmente la actividad catalítica para la reacción electroquímica de producción de H₂.

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Chemistry.

Mas información en Nanotechnology News.

Nanopartículas metálicas que se transforman en átomos individuales estables

Los catalizadores compuestos por átomos de metales nobles y cúmulos metálicos muy pequeños, tienden a sinterizarse y formar nanopartículas a temperaturas elevadas. Un grupo de investigadores de instituciones de China, reportaron el efecto contrario: nanopartículas de metales nobles (Pd, Pt, Au) soportadas en distintos sustratos se transforman en átomos individuales térmicamente estables, a temperaturas superiores a 900 °C, en atmósfera inerte. 

Este efecto se confirmó mediante microscopía electrónica de transmisión y barrido (STEM) con aberración corregida y por estudios de la estructura fina en la absorción de rayos X (EXAFS). La dinámica del proceso de transformación entre nanopartículas y átomos individuales, se registró in situ en un microscopio electrónico de atmósfera controlada, y se observó una competencia entre el proceso de sinterizado y el  de atomización. Los cálculos realizados con la teoría del funcional de la densidad electrónica, revelaron que esta transformación se debe a la formación de una estructura termodinámicamente más estable Pd-N4, que muestran superior actividad y selectividad en procesos de semi-hidrogenación de acetileno.

Estos estudios fueron publicados en Nature Nanotecnology.

Nuevo nanomaterial terapéutico que abate síntomas ocasionados por la artritis reumatoide

La artritis reumatoide es una enfermedad que ocasiona inflamación crónica en las articulaciones y es una de las principales causas de discapacidad motriz. Los terapéuticos biológicos actuales como las anti-citosinas no han obtenido los resultados esperados debido a la compleja red de interacciones intermoleculares en los sitios de inflamación. 

Un grupo de la Universidad de California en San Diego, desarrolló un nanomaterial que consiste en nanopartículas esféricas de aproximadamente 50 nm de un polímero de ácido poliglicólico (PLGA),  recubiertas con membranas de células del sistema inmune (neutrófilos). 

Estos compositos adquieren los receptores de la membrana celular y se comportan como nanoesponjas, absorbiendo de manera específica las moléculas que desencadenan el proceso inflamatorio. En pruebas in vivo, las  nanoesponjas también mostraron alta penetrabilidad en el tejido con colágeno y protegieron contra daños posteriores.

Esta nanotecnoIogía abre el camino hacia nuevos materiales biomiméticos, biodegradables y de  mayor eficiencia que las terapias tradicionales. 

El trabajo fue publicado recientemente en Nature Nanotechnology.

más información en Phys.org.

Comportamiento dieléctrico anómalo del agua confinada en la nanoescala

Teóricamente se predice que la constante dieléctrica del agua interfacial debe ser mucho menor que el valor ε ≈ 80 correspondiente al agua en bulto, debido esencialmente a la pérdida de la libertad de rotación de los dipolos.

Empleando la microscopía de fuerza atómica y con la construcción de un arreglo experimental basado en canales delgados fabricados con nitruro de boro hexagonal (hBN) aislante, situados sobre una base de grafito conductor, un grupo internacional de investigadores, estudió el comportamiento dieléctrico del agua confinada en dichos canales, cuya altura puede variar de 1 a 300 nm. Sus experimentos revelan que, en capas interfaciales, el agua exhibe una polarización muy pequeña con ε de aproximadamente 2.  Demostraron que una capa de agua de 2 a 3 moléculas de espesor es dieléctricamente inactiva. 

Los resultados son de gran utilidad para las teorías que describen las interacciones superficiales mediadas por el agua y abre el camino a la investigación de las propiedades dieléctricas de otros fluidos o sólidos bajo condiciones de confinamiento.

Los resultados se publicaron recientemente en Science.

Mas información en MRS Bulletin.