(PhysOrg.com) - Nuevos sistemas de administración de fármacos, células solares, Los catalizadores industriales y las pantallas de video se encuentran entre las aplicaciones potenciales de partículas especiales que poseen dos lados químicamente distintos. Estas partículas llevan el nombre del dios romano de dos caras Jano y sus caras químicas gemelas les permiten formar estructuras novedosas y nuevos materiales.

Sin embargo, a medida que los científicos han reducido el tamaño de las partículas de Janus a unos pocos nanómetros de diámetro, aproximadamente el tamaño de las proteínas individuales, que tiene el mayor potencial para la terapia con medicamentos, sus esfuerzos se han visto obstaculizados porque no han tenido una forma de mapear con precisión las superficies de las partículas que producen. Esta incertidumbre ha dificultado la evaluación de la eficacia de estas partículas para diversas aplicaciones y la mejora de los métodos que utilizan los investigadores para producirlas.

Ahora, un equipo de químicos de Vanderbilt ha superado este obstáculo desarrollando el primer método que puede mapear de forma rápida y precisa las propiedades químicas de la más pequeña de estas nanopartículas de Janus.

Los resultados, publicado en línea este mes en la revista alemana de química Angewandte Chemie , abordar un obstáculo importante que ha ralentizado el desarrollo y la aplicación de las nanopartículas de Janus más pequeñas.

El hecho de que las partículas de Janus tengan dos caras químicamente distintas las hace potencialmente más valiosas que las partículas químicamente uniformes. Por ejemplo, una cara puede retener moléculas de fármaco mientras que la otra está cubierta con moléculas enlazadoras que se unen a las células diana. Esta ventaja es mayor cuando las diferentes superficies se separan limpiamente en hemisferios que cuando se entremezclan los dos tipos de superficies.

Para nanopartículas más grandes (con tamaños superiores a 10 nanómetros), los investigadores pueden utilizar los métodos existentes, como microscopía electrónica de barrido, para mapear su composición superficial. Esto ha ayudado a los investigadores a mejorar sus métodos de fabricación para poder producir partículas de Janus limpiamente segregadas. Sin embargo, Los métodos convencionales no funcionan con tamaños inferiores a 10 nanómetros.

Los químicos de Vanderbilt:el profesor asociado David Cliffel, Profesor asistente John McLean, la estudiante graduada Kellen Harkness y el profesor Andrzej Balinski aprovecharon las capacidades de un instrumento de última generación llamado espectrómetro de masas de movilidad iónica (IM-MS) que puede identificar simultáneamente miles de partículas individuales.

El equipo cubrió las superficies de nanopartículas de oro que varían en tamaño de dos a cuatro nanómetros con dos compuestos químicos diferentes. Luego rompieron las nanopartículas en grupos de cuatro átomos de oro y pasaron estos fragmentos a través del IM-MS.

Las moléculas de los dos recubrimientos todavía estaban unidas a los grupos. Entonces, analizando el patrón resultante, los químicos demostraron que podían distinguir entre nanopartículas originales donde los dos compuestos de la superficie estaban completamente separados, aquellos en los que se mezclaron al azar y los que tenían un grado intermedio de separación.

“No hay otra forma de analizar la estructura a esta escala, excepto la cristalografía de rayos X, "Dijo Cliffel, "Y la cristalografía de rayos X es extremadamente difícil y puede llevar meses obtener una sola estructura".

"IM-MS no es tan precisa como la cristalografía de rayos X, pero es extremadamente práctica, ”Agregó McLean, que ha ayudado a ser pionero en el desarrollo del nuevo instrumento. “Puede proporcionar información estructural en unos pocos segundos. Hace dos años estuvo disponible una versión comercial para que las personas que quieran usarla ya no tengan que construir una por sí mismos ".