Avances argentinos en la tecnología de nanopartículas

Los vitrales de la antigua Catedral de Notre Dame, en París, Francia, están hechos en de vidrio que se coloreaba con pigmentos que contenían nanopartículas de oro, plata o cobre.

Las nanopartículas son trozos de material casi microscópicos. Tienen numerosas aplicaciones tecnológicas, como integrar herramientas de corte más duras o pelotas de tenis más duraderas. Investigadores argentinos utilizan un láser especial para fabricarlas más limpias.

TEXTOS. IRENE MAIER (COMISIÓN DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS DE LA PROVINCIA DE BUENOS AIRES, CIC).

Las nanopartículas son trozos de material que tienen dimensiones inferiores a 100 nanómetros (un nanómetro equivale a un millonésimo de milímetro). Su pequeñez hace que las partículas tengan una gran reactividad química y propiedades físicas (eléctricas, magnéticas, ópticas y térmicas) diferentes de los materiales de dimensiones “macro”.

Por este motivo, las nanopartículas tienen numerosas aplicaciones tecnológicas, que incluyen integrar pinturas y recubrimientos que protegen de rayones y de la corrosión, herramientas de corte más duras, pelotas de tenis más duraderas, raquetas más fuertes y ligeras o telas antimanchas.

En un instituto argentino, el Centro de Investigaciones Ópticas de La Plata (CIOp), se están realizando avances en técnicas para la fabricación y la medición del tamaño de nanopartículas. En la fabricación se emplea un “láser de pulsos ultracortos”, que produce un intenso campo eléctrico y genera un potente tren de pulsos luminosos. Su brevedad minimiza el calentamiento del material, permitiendo que las superficies sean cortadas con precisión y sin imperfecciones.

“Los métodos más comunes para producir nanopartículas incluyen reacciones químicas controladas, pero en el líquido final quedan algunas sustancias inconvenientes para la limpieza de la partícula”, explica el Dr. Daniel Schinca, investigador del Conicet. “Nosotros fabricamos las partículas enfocando el haz láser sobre una pastilla del metal seleccionado, que está sumergida en un recipiente con agua destilada o alcohol puro. La pastilla se desplaza siguiendo un camino controlado por computadora, mientras el haz va desprendiendo partículas al interactuar con el metal”.

APLICACIONES

En el CIOp (centro que depende de la CIC y del Conicet) se están produciendo nanopartículas de oro, plata y cobre. Entre sus aplicaciones potenciales están las biomédicas, como por ejemplo, adherir un medicamento anticancerígeno a nanopartículas de oro para inyectarlas directamente en un tumor y destruir sus células.

En algunos laboratorios se observó que hay virus que se adhieren a partículas de plata de diámetros inferiores a 5 nanómetros. Podría utilizarse esta propiedad para inhibir virus, como el del VIH, en un organismo. Por su parte, las nanopartículas de cobre son empleadas actualmente como aceleradores de reacciones químicas (catalizadores).

También se ha medido la velocidad de crecimiento de óxido sobre la superficie desnuda de una nanopartícula, a fin de conocer cuánto oxígeno por unidad de tiempo es liberado en su cercanía. Este procedimiento es utilizado para investigar procesos energéticos en el interior de células.

MEDICIONES

Cada aplicación de las nanopartículas requiere que éstas tengan un tamaño determinado. Habitualmente su diámetro se mide con un microscopio electrónico de transmisión, técnica que sólo permite evaluar menos de 1.000 partículas por muestra. Además, como éstas tienden a aglutinarse, el diámetro aparente medido suele ser mayor que el real.

En el CIOp se ha puesto a punto un método de medición complementario, por el que se evalúan muchos millones de partículas, directamente en el líquido en que han sido preparadas. Se emplea una técnica denominada ‘extinción espectral’, basada en que cuando se ilumina con luz blanca una nanopartícula, una parte de la luz que incide sobre ella se dispersa en direcciones diferentes de la original y otra parte sigue en la misma dirección. Los investigadores miden, por medio de un detector, la intensidad de la luz transmitida en la dirección original, magnitud que se llama ‘absorbancia’.

“La absorbancia varía para cada una de las longitudes de onda (los colores) que componen la luz blanca. El perfil de la variación de absorbancia está relacionado con el metal, el tamaño de las partículas y con el líquido en que se encuentran y puede calcularse. Entonces, midiendo la variación de la absorbancia para distintas longitudes de onda y conociendo todas las demás variables puede determinarse el tamaño de las partículas”, detalla la Dra. Lucía Scaffardi, investigadora del Conicet y profesora de la Facultad de Ingeniería de la UNLP.

En la antigüedad

Desde hace más de 2.000 años, algunos artesanos descubrieron empíricamente cómo producir pigmentos que daban colores muy bellos e intensos a vidrios y cerámicas. Hoy se sabe que los pigmentos contenían nanopartículas de oro, plata o cobre.

La Dra. Scaffardi nos da como ejemplo el ‘cristal de rubí’ (llamado así por su hermoso color rojo), que comenzó a fabricarse en el siglo XVII. En 1685, Andreas Cassius publicó la receta para hacer el pigmento, que incluía disolver polvo fino de oro en una mezcla de ácidos sulfúrico y clorhídrico (‘agua regia’) y agregar luego agua y un trozo de estaño puro.

El químico vienés Richard Zsigmondy descubrió -finalmente- cómo era el proceso: el oro se encuentra en forma de coloides (partículas de oro nanométricas) y está absorbido sobre una base de hidróxido de estaño. Zsigmondy recibió el Premio Nobel de Química en 1925 por sus trabajos sobre los coloides.

dispositivo de maquinado de las nanopartículas.