Esta imagen muestra un muerto E. coli bacteria (con forma de varilla en el centro) recolectada en un filtro después del tratamiento con el nuevo nanocaptor de Stanford. Crédito:Mingliang Zhang, Escuela de Ingeniería de Stanford.
(Phys.org) —Entre sus muchos talentos, la plata es un antibiótico. Se sabe que el dióxido de titanio se adhiere a ciertos metales pesados y contaminantes. Sin embargo, otros materiales hacen lo mismo con la sal. En años recientes, los ingenieros ambientales han buscado desinfectar, descontaminar y desalinizar el agua contaminada utilizando partículas a nanoescala de estos materiales activos. Los ingenieros los llaman nanocavengers. El problema desde un punto de vista técnico es que es casi imposible recuperar a los nanocavengers una vez en el agua.
En un artículo publicado en línea el 14 de mayo en la revista Comunicaciones de la naturaleza , Un equipo interdisciplinario de ingenieros de la Universidad de Stanford anunció que ha desarrollado un nuevo tipo de nanocaptor con un núcleo sintético que responde al magnetismo. permitiendo la recuperación fácil y eficiente de prácticamente todos los purificadores a nanoescala.
"En agua contaminada, los nanocavengers flotan alrededor, chocar aleatoriamente con bacterias y matarlas o adherirse a los diversos contaminantes moleculares que buscan, "dijo Shan Wang, autor principal del estudio y profesor de ciencia e ingeniería de materiales y conjuntamente de ingeniería eléctrica en Stanford. "Luego, cuando los contaminantes están pegados al nanocavenger o muertos, el imán se enciende y las partículas desaparecen ".
Ultra sensible al magnetismo
El uso del magnetismo para recuperar nanocavengers no es nuevo. En la actualidad, existen tecnologías comerciales que han creado nanoscavengers con un núcleo de óxido de hierro magnético rodeado por un material activo, pero estos ingeniosos métodos no son perfectos. El óxido de hierro no responde absolutamente al magnetismo y demasiados nanocavengers permanecen en el agua para que se considere seguro para el uso humano.
El avance de Stanford reemplaza el óxido de hierro por un material sintético. El núcleo de Stanford es, en realidad, ni un solo material, pero un disco de varias capas. Las capas exteriores magnéticas del material sintético están intercaladas a cada lado de un centro de titanio, pero con un toque.
Esta imagen muestra los nanocavengers sintéticos en forma de disco recolectados magnéticamente. Crédito:Mingliang Zhang, Escuela de Ingeniería de Stanford.
"Los momentos magnéticos de las dos capas externas son opuestos. Es decir, la dirección de la fuerza magnética en la capa superior y la capa inferior apuntan en direcciones opuestas, anulando efectivamente las propiedades magnéticas del material, "dijo Mingliang Zhang, un candidato a doctorado en ciencia e ingeniería de materiales y co-primer autor del estudio.
Es decir, en su estado natural, los nuevos nanocavengers no son magnéticos. No se sentirían atraídos por otro material magnético, por ejemplo. Cuando los discos compuestos se exponen a un fuerte campo magnético, sin embargo, el magnetismo de los dos campos opuestos se convierte en alineación, agravando el efecto magnético.
Pruebas paralelas
Al hacerlo, los nanocavengers se vuelven ultrasensibles al magnetismo, mucho más que el óxido de hierro base utilizado en las tecnologías actuales. El equipo de Stanford ha bautizado su avance con el nombre contradictorio:"núcleos antiferromagnéticos sintéticos". El prefijo anti- en este caso significa en dirección opuesta, no no magnético.
Con un núcleo exitoso creado, Luego, los investigadores lo tapan todo con plata o dióxido de titanio u otro material reactivo, dependiendo del contaminante al que se dirijan. En pruebas en vivo utilizando nanocavengers con capa de plata sumergidos en agua contaminada con E. coli bacterias, con una dosis de plata de solo 17 partes por millón, el equipo de Stanford pudo matar el 99,9% de las bacterias en solo 20 minutos. Mejor todavía, eliminaron prácticamente todos los nanocavengers en solo cinco minutos de exposición a un imán permanente.
Las pruebas paralelas de la eficacia del mismo imán en nanocapturadores con núcleo de óxido de hierro muestran una recopilación rápida de aproximadamente el 20 por ciento de los nanocavengers en los mismos cinco minutos. pero luego el efecto se estabiliza. Al minuto 20, casi ocho de cada diez nanocaptores con núcleo de óxido de hierro todavía permanecen en el agua.
La solución en un solo recipiente
Habiendo demostrado un prototipo funcional, el equipo ahora está construyendo varias iteraciones de sus nanocavengers con diferentes exteriores reactivos para atacar contaminantes específicos, así como una nueva clase de nanocavengers un poco más grandes que podrían portar bandas discretas de varios reactivos diferentes.
"Nuestra esperanza es crear algún día una 'solución de un solo recipiente' que aborde el agua afectada por una mezcla diversa de contaminantes. Esa sería una tecnología clave para las naciones en desarrollo y áridas donde la calidad y cantidad del agua son de importancia crítica, "agregó Xing Xie, candidato a doctorado en ingeniería civil y ambiental y coautor del artículo.
