Un equipo de bioingenieros de la Universidad de Illinois ha dado una nueva mirada a una vieja herramienta para ayudar a caracterizar una clase de materiales llamados estructuras orgánicas de metal - MOF para abreviar. Los MOF se utilizan para detectar, purificar y almacenar gases, y podría ayudar a resolver algunas de las energías más desafiantes del mundo, desafíos ambientales y farmacéuticos:incluso pueden extraer moléculas de agua directamente del aire para aliviar la sequía.

El equipo de investigación dirigido por el profesor de bioingeniería Rohit Bhargava, utiliza imágenes químicas infrarrojas para examinar y optimizar la estructura de los MOF. Aunque desde hace más de una década, Las imágenes de infrarrojos se subutilizan en gran medida en el análisis de materiales. Los investigadores encontraron que con algunas modificaciones para mejorar la velocidad del análisis, es la herramienta perfecta para esta aplicación. Sus hallazgos se publican en el Revista de letras de química física .

Los MOF son cristales porosos a escala microscópica creados a partir de iones metálicos unidos por moléculas orgánicas llamadas ligandos. Aunque son diminutos, tienen una inmensa capacidad de absorción.

"Los poros permiten que los MOF funcionen como pequeñas esponjas que pueden absorber sustancias químicas como productos farmacéuticos y gases, "dijo Sanghamitra Deb, investigador postdoctoral en el Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas de la U. de I.

"La estructura y la química precisas de los MOF influyen en gran medida en su funcionalidad, "dijo Prabuddha Mukherjee, un científico investigador del Instituto Beckman. "Por lo tanto, la caracterización detallada es esencial para determinar su mejor uso ".

Los métodos tradicionales utilizados en el análisis de la ciencia de los materiales, como la microscopía y espectroscopía electrónica de alta potencia, no combinen conocimientos químicos con la resolución espacial de las imágenes de infrarrojos, los investigadores dijeron, por lo que solo pueden proporcionar mediciones químicas promedio.

Los MOF se forman al cristalizar en una solución, y no hay forma de controlar completamente su estructura o química. "Esta falta de control deja mucho espacio para que se formen defectos, y los métodos tradicionales de caracterización solo nos dicen que hay un defecto pero no pueden señalar la ubicación específica, "Dijo Mukherjee.

"Las imágenes de infrarrojos nos permiten ver la química y la estructura de una sola vez, "dijo Ayanjeet Ghosh, investigador postdoctoral del Beckman Institute. "Podemos resolver estructuras de hasta unas pocas micras y determinar su composición química en áreas de unas pocas micras, comprender cómo y por qué los espectros cambian en función del espacio, y hacerlo con un solo análisis ".

La imagen IR también ofrece un rango de escala único para trabajar, dijeron los investigadores.

"No necesitamos ver hasta la escala atómica, como ofrecen muchos métodos de microscopía electrónica de alta potencia, "Dijo Deb." A esa escala, tomaría mucho tiempo escanear dispositivos hechos con MOF, que suelen tener un tamaño de aproximadamente un milímetro cuadrado ".

Finalmente, muchas de las otras técnicas tradicionales son destructivas, lo que significa que una vez analizado con un método, la muestra no se puede examinar con herramientas adicionales. "Es posible que podamos detectar una aberración en la química a través de la espectroscopia, pero no tenemos la oportunidad de ver dónde existe realmente el defecto con otro método porque la muestra ya no está, "Dijo Ghosh." Con imágenes IR, podemos hacer ambas cosas al mismo tiempo ".

"Este uso único de una técnica más antigua, pero con nueva instrumentación, nos permite determinar rápidamente la calidad y la mejor aplicación para MOF específicos de una manera no destructiva, algo que ningún otro grupo ha podido hacer, "Dijo Mukherjee.

El grupo prevé que esta técnica se utilice con otros dispositivos fabricados en condiciones similares, así como usos fuera del ámbito de la ciencia de los materiales.