A veces, lo más grande no es mejor. Investigadores del Laboratorio Nacional del Río Savannah del Departamento de Energía de EE. UU. Han demostrado con éxito que pueden reemplazar pequeñas partículas útiles de titanato monosódico (MST) con partículas de tamaño nanométrico aún más pequeñas. haciéndolos aún más útiles para una variedad de aplicaciones.
MST es un material de intercambio iónico utilizado para descontaminar soluciones de aguas residuales industriales y radiactivas, y se ha demostrado que es una forma eficaz de introducir metales en las células vivas para algunos tipos de tratamiento médico. Típicamente, MST, y una forma modificada conocida como mMST desarrollada por SRNL y Sandia National Laboratories, están en forma de polvos finos, partículas de forma esférica de aproximadamente 1 a 10 micrones de diámetro.
"Al hacer que cada partícula sea más pequeña, "dice el Dr. David Hobbs de SRNL, líder del proyecto de investigación, "aumenta la cantidad de superficie, en comparación con el volumen total de la partícula. Dado que la superficie de la partícula es donde tienen lugar las reacciones, has aumentado el área de trabajo del MST ". Por ejemplo, una partícula de 10 nanómetros tiene una relación de superficie a volumen que es 1000 veces mayor que la de una partícula de 10 micrones. Por lo tanto, este proyecto buscaba sintetizar materiales de titanato que presentaran tamaños de partículas a nanoescala (1 - 200 nm). Después de sintetizar con éxito titanatos nanométricos, el equipo investigó y descubrió que las partículas más pequeñas muestran buenas características de intercambio iónico. También sirven como fotocatalizadores para la descomposición de contaminantes orgánicos y son plataformas efectivas para el suministro de metales terapéuticos.
El Dr. Hobbs y sus socios en el proyecto examinaron tres métodos para producir partículas de tamaño nanométrico, resultando en tres formas diferentes. Uno es un método sol-gel, similar al proceso utilizado para producir partículas de MST de tamaño micrométrico "normal", pero utilizando tensioactivos y concentraciones diluidas de productos químicos reactivos para controlar el tamaño de las partículas. Este método dio como resultado partículas esféricas de entre 100 y 150 nm de diámetro.
Un segundo método comenzó con partículas típicas del tamaño de una micra, luego los deslaminó y "abrió la cremallera" para producir partículas fibrosas de aproximadamente 10 nm de diámetro y 100 - 150 nm de largo. El tercer método, que había sido reportado previamente en la literatura científica, era una técnica hidrotermal que producía nanotubos con un diámetro de aproximadamente 10 nm y longitudes de aproximadamente 100-500 nm.
El equipo tenía una experiencia considerable en el trabajo con MST, habiéndolo modificado previamente con peróxido para formar mMST, que exhibe un rendimiento mejorado en la eliminación de ciertos contaminantes de los desechos radiactivos y la entrega de metales para tratamiento médico. El MST de tamaño nanométrico producido por los tres métodos se convirtió con éxito a la forma modificada con peróxido. Al igual que con los titanatos de tamaño micrométrico, los titanatos nanométricos modificados con peróxido exhiben un color amarillo. La intensidad del color amarillo parecía menos intensa con los nanotubos producidos hidrotermalmente, sugiriendo que la superficie químicamente resistente de los nanotubos puede limitar la conversión a mMST.
Las pruebas confirmaron que los materiales funcionan como intercambiadores de iones efectivos. Por ejemplo, las muestras esféricas de nanoMST y nanotubos y sus respectivas formas modificadas con peróxido eliminan el estroncio y los actínidos de los desechos radiactivos alcalinos de alta actividad. En condiciones débilmente ácidas, los titanatos y peroxotitanatos de tamaño nanométrico eliminaron más del 90% de 17 iones metálicos diferentes.
Los titanatos "descomprimidos" y sus formas modificadas con peróxido demostraron ser fotocatalizadores particularmente buenos para la descomposición de contaminantes orgánicos.
Las pruebas de detección in vitro mostraron que los titanatos intercambiados de metales de tamaño nanométrico y micrónico inhiben el crecimiento de una serie de líneas celulares bacterianas y de cáncer oral. Se desconoce el mecanismo de inhibición, pero los resultados preliminares de la microscopía electrónica de barrido sugieren que los titanatos pueden estar interactuando directamente con la pared del núcleo para suministrar suficiente concentración de iones metálicos al núcleo celular para inhibir la replicación celular.
