Diminutas nanopartículas juegan un papel gigantesco en la vida moderna, incluso si la mayoría de los consumidores desconocen su presencia. Aportan ingredientes esenciales en lociones de protección solar, prevenir el hongo del pie de atleta en los calcetines, y combatir los microbios en los vendajes. Realzan los colores de los dulces populares y mantienen el azúcar en polvo de las donas en polvo. Incluso se utilizan en medicamentos avanzados que se dirigen a tipos específicos de células en los tratamientos contra el cáncer.

Cuando los químicos analizan una muestra, sin embargo, Es un desafío medir los tamaños y cantidades de estas partículas, que a menudo son 100, 000 veces más pequeño que el grosor de una hoja de papel. La tecnología ofrece muchas opciones para evaluar nanopartículas, pero los expertos no han llegado a un consenso sobre cuál es la mejor técnica.

En un nuevo artículo del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y las instituciones colaboradoras, Los investigadores han concluido que medir el rango de tamaños de las nanopartículas, en lugar de solo el tamaño medio de las partículas, es óptimo para la mayoría de las aplicaciones.

"Parece una elección sencilla, "dijo Elijah Petersen de NIST, el autor principal del artículo, que se publicó hoy en Ciencias ambientales:Nano . "Pero puede tener un gran impacto en el resultado de su evaluación".

Como ocurre con muchas preguntas de medición, la precisión es clave. La exposición a una determinada cantidad de algunas nanopartículas podría tener efectos adversos. Los investigadores farmacéuticos a menudo necesitan exactitud para maximizar la eficacia de un fármaco. Y los científicos ambientales deben saber por ejemplo, cuántas nanopartículas de oro, la plata o el titanio podrían potencialmente causar un riesgo para los organismos en el suelo o el agua.

Usar más nanopartículas de las necesarias en un producto debido a mediciones inconsistentes también podría hacer perder dinero a los fabricantes.

Aunque suenen ultramodernos, Las nanopartículas no son nuevas ni se basan únicamente en procesos de fabricación de alta tecnología. Una nanopartícula es en realidad una partícula submicroscópica que mide menos de 100 nanómetros en al menos una de sus dimensiones. Sería posible colocar cientos de miles de ellos en la cabeza de un alfiler. Son emocionantes para los investigadores porque muchos materiales actúan de manera diferente a escala nanométrica que a escalas mayores. y las nanopartículas se pueden hacer para hacer muchas cosas útiles.

Las nanopartículas se han utilizado desde los días de la antigua Mesopotamia, cuando los artistas de cerámica usaban trozos de metal extremadamente pequeños para decorar jarrones y otras vasijas. En la Roma del siglo IV, los artesanos del vidrio muelen el metal en partículas diminutas para cambiar el color de sus productos bajo diferentes luces. Estas técnicas fueron olvidadas por un tiempo, pero redescubiertas en el siglo XVII por fabricantes ingeniosos para la fabricación de vidrio. Luego, en la década de 1850, El científico Michael Faraday investigó exhaustivamente formas de utilizar varios tipos de mezclas de lavado para cambiar el rendimiento de las partículas de oro.

La investigación moderna de nanopartículas avanzó rápidamente a mediados del siglo XX debido a las innovaciones tecnológicas en óptica. Poder ver las partículas individuales y estudiar su comportamiento amplió las posibilidades de experimentación. Llegaron los mayores avances, sin embargo, después del despegue de la nanotecnología experimental en la década de 1990. Repentinamente, el comportamiento de partículas individuales de oro y muchas otras sustancias podría examinarse y manipularse de cerca. Descubrimientos sobre las formas en que pequeñas cantidades de una sustancia reflejarían la luz, absorber la luz, o cambios en el comportamiento fueron numerosos, conduciendo a la incorporación de nanopartículas en muchos más productos.

Desde entonces, se han producido debates sobre su medición. Al evaluar la respuesta de células u organismos a nanopartículas, algunos investigadores prefieren medir las concentraciones del número de partículas (a veces llamadas PNC por los científicos). Muchos encuentran que los PNC son un desafío, ya que se deben emplear fórmulas adicionales al determinar la medición final. Otros prefieren medir concentraciones de masa o área de superficie.

Los PNC se utilizan a menudo para caracterizar metales en química. La situación de las nanopartículas es intrínsecamente más compleja, sin embargo, que para las sustancias orgánicas o inorgánicas disueltas porque, a diferencia de las sustancias químicas disueltas, Las nanopartículas pueden venir en una amplia variedad de tamaños y, a veces, se adhieren cuando se agregan a los materiales de prueba.

"Si tiene una sustancia química disuelta, siempre tendrá la misma fórmula molecular, por definición, ", Dice Petersen." Las nanopartículas no solo tienen una cierta cantidad de átomos, sin embargo. Algunos serán de 9 nanómetros, algunos serán 11, algunos pueden tener 18 años, y algunos podrían ser 3. "

El problema es que cada una de esas partículas puede estar cumpliendo un papel importante. Si bien una simple estimación del número de partículas está perfectamente bien para algunas aplicaciones industriales, las aplicaciones terapéuticas requieren una medición mucho más robusta. En el caso de las terapias contra el cáncer, por ejemplo, cada partícula, no importa cuán grande o pequeño sea, puede estar administrando un antídoto necesario. Y al igual que con cualquier otro tipo de dosificación, La dosificación de nanopartículas debe ser exacta para que sea segura y eficaz.

Usar el rango de tamaños de partículas para calcular el PNC será a menudo lo más útil en la mayoría de los casos. dijo Petersen. La distribución de tamaño no usa una media o un promedio, pero toma nota de la distribución completa de tamaños de partículas para que las fórmulas se puedan usar para descubrir efectivamente cuántas partículas hay en una muestra.

Pero no importa qué enfoque se utilice, los investigadores deben anotarlo en sus artículos, en aras de la comparabilidad con otros estudios. "No asuma que diferentes enfoques le darán el mismo resultado, " él dijo.

Petersen agrega que él y sus colegas se sorprendieron por el impacto de los recubrimientos en las nanopartículas en la medición. Algunos recubrimientos, El lo notó, puede tener una carga eléctrica positiva, causando grumos.

Petersen trabajó en colaboración con investigadores de laboratorios federales en Suiza, y con científicos de 3M que previamente han realizado muchas mediciones de nanopartículas para su uso en entornos industriales. Investigadores de Suiza, como en gran parte del resto de Europa, están interesados ​​en aprender más sobre la medición de nanopartículas porque los PNC son necesarios en muchas situaciones reglamentarias. No ha habido mucha información sobre qué técnicas son las mejores o más probables para producir los resultados más precisos en muchas aplicaciones.

"Hasta ahora ni siquiera sabíamos si podíamos llegar a un acuerdo entre los laboratorios sobre las concentraciones de número de partículas, Petersen dice. Son complejos. Pero ahora estamos empezando a ver que se puede hacer ".