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    El descubrimiento podría eliminar los microcontaminantes del medio ambiente

    Dr. Rong Ye (izquierda), Dr. Ming Zhao (centro), y el Dr. Peng Cheng (derecha) en Cornell discuten su investigación financiada por el Ejército que identifica un nuevo enfoque químico que podría eliminar los microcontaminantes del medio ambiente. Crédito:Universidad de Cornell

    Los investigadores han identificado un nuevo enfoque químico que podría eliminar los microcontaminantes del medio ambiente.

    Los microcontaminantes son contaminantes biológicos o químicos que llegan a las aguas subterráneas y superficiales en cantidades mínimas.

    Usando una técnica de imagen pionera, Los investigadores de la Universidad de Cornell obtuvieron una instantánea de alta resolución de cómo los ligandos, moléculas que se unen a otras moléculas o metales, interactuar con la superficie de las nanopartículas. Al hacerlo, Hicieron un descubrimiento revolucionario inesperado. Determinaron que al variar la concentración de un ligando individual también podían controlar la forma de la partícula que se unía.

    Este enfoque podría resultar en una variedad de aplicaciones diarias, incluido el desarrollo de sensores químicos que sean sensibles a un nivel muy bajo a una sustancia química específica en el medio ambiente.

    "El trabajo del profesor Peng Chen permite conocer en profundidad los procesos de adsorción molecular, que es importante entender para diseñar sensores moleculares, catalizadores, y planes para limpiar microcontaminantes en el medio ambiente, "dijo el Dr. James Parker, director del programa, Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de EE. UU., conocido como DEVCOM, Laboratorio de Investigación del Ejército. "Esta investigación también es importante para el diseño y la ingeniería de materiales sensibles a los estímulos con una función especializada que no se puede encontrar en los grandes materiales."

    La investigación, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , estudió las interacciones de los ligandos y adquirió una nueva comprensión de la fuerza, o afinidad de la adsorción de ligandos, así como cómo cooperan múltiples ligandos, o no, juntos.

    "Cuando la molécula se adsorbe en la superficie de un material a nanoescala, también protege la superficie y la hace más estable, "dijo el Dr. Peng Chen, el Peter J.W. Profesora Debye de Química en la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Cornell, quien dirigió la investigación. "Esto se puede utilizar para controlar cómo las partículas a nanoescala crecen y adquieren su forma eventual. Y descubrimos que podemos hacer esto con un solo ligando. No se hace ningún otro truco. Simplemente disminuye la concentración o aumenta la concentración, y puedes cambiar la forma ".

    Comprender cómo interactúan los ligandos con la superficie de las nanopartículas ha sido un desafío de estudiar. Los ligandos adsorbidos son difíciles de identificar porque hay otras moléculas en la mezcla, y las superficies de nanopartículas son desiguales y multifacéticas, lo que significa que requieren una resolución espacial increíblemente alta para ser analizados.

    El tamaño y las estructuras superficiales de una nanopartícula, o facetas, están intrínsecamente vinculados a las aplicaciones potenciales de la partícula. Cuanto más grande sea la partícula, cuantos más átomos caben en su interior, mientras que las partículas más pequeñas tienen menos espacio disponible internamente pero una mayor proporción de volumen de superficie para que los átomos se asienten encima, donde se pueden utilizar para procesos como catálisis y adsorción. Los diferentes tipos de estructuras que forman los átomos y moléculas en estas facetas superficiales están directamente relacionados con la forma de la partícula.

    Los científicos han utilizado varios métodos de obtención de imágenes para estudiar estas partículas, pero hasta ahora no han podido obtener una resolución nanométrica para explorar realmente los rincones y grietas de las múltiples facetas de la superficie y cuantificar la afinidad, o fuerza, de la adsorción de un ligando. El equipo de investigación pudo hacer precisamente eso mediante el empleo de un método de su propio diseño llamado Técnica de imágenes habilitadas para la competencia con superresolución o COMPEITS.

    El proceso funciona introduciendo una molécula que reacciona con la superficie de la partícula y genera una reacción fluorescente. Luego se envía una molécula no fluorescente para unirse a la superficie, donde su reacción compite con la señal fluorescente. La disminución resultante de la fluorescencia, esencialmente creando una imagen negativa, luego se puede medir y mapear con una resolución súper alta.

    Usando COMPEITS en una nanopartícula de oro, el equipo pudo cuantificar la fuerza de la adsorción de ligandos, y descubrieron que el comportamiento de los ligandos puede ser muy diverso. Ligandos, resulta, son amigos del buen tiempo, en algunos sitios cooperan para ayudarse mutuamente a adsorber, pero en otros sitios pueden perjudicar los esfuerzos de los demás. Los investigadores también descubrieron que a veces esta cooperatividad positiva y negativa existe en el mismo sitio.

    Además, los investigadores descubrieron que la densidad superficial de los ligandos adsorbidos puede determinar qué faceta es dominante. Este cruce inspiró al equipo a variar las concentraciones de ligandos individuales como una forma de ajustar la forma de la partícula en sí.

    "Para nosotros, esto ha abierto más posibilidades, "Dijo Chen." Por ejemplo, una forma de eliminar microcontaminantes, como pesticidas, del medio ambiente es adsorber microporciones en la superficie de alguna partícula adsorbente. Después de que se adsorbe en la superficie de la partícula, si la partícula es un catalizador, puede catalizar la destrucción de los microcontaminantes ".


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