Crear y manipular partículas hechas de unos pocos átomos es todo el trabajo de un día para el Dr. Richard Tilley.

Tilley, profesor asociado en la Facultad de Ciencias Químicas y Físicas de Victoria, dirige el grupo de investigación de nanopartículas y puntos cuánticos de la Escuela.

Detectar y tratar tumores cancerosos. encontrar soluciones energéticas sostenibles y crear nuevos productos para su uso en las industrias farmacéutica y automotriz son solo algunas de las aplicaciones en las que se está enfocando el grupo.

Desde su llegada en 2003, Tilley, quien también es investigador principal en el Instituto MacDiarmid de Materiales Avanzados y Nanotecnología, ha impulsado la capacidad de investigación de nanopartículas de Victoria a la vanguardia de los esfuerzos internacionales.

Su grupo de investigación es uno de los pocos en el mundo que puede crear nanopartículas de diferentes tamaños y formas. Su trabajo está apoyado por grandes subvenciones públicas, y sus hallazgos se publican regularmente en las principales revistas de investigación en química y nanotecnología del mundo.

El grupo incluye Maestría, Investigadores de doctorado y posdoctorado, colaboradores del Instituto MacDiarmid, otras universidades e institutos de investigación de Nueva Zelanda, y una serie de prestigiosos investigadores internacionales.

La belleza de las nanopartículas

Las nanopartículas están atrayendo el interés científico mundial debido a sus posibles aplicaciones, particularmente en los campos de la investigación biomédica y los procesos industriales.

"Nuestro objetivo es utilizarlos en beneficio de la ciencia y, por último, humanidad, "dice Tilley.

Las propiedades únicas de las nanopartículas son el resultado de la superficie de su estructura. A medida que el tamaño de un material se acerca a la nanoescala, el porcentaje de átomos en la superficie aumenta, dando lugar a nuevas propiedades químicas y físicas.

El grupo de Richard utiliza técnicas de química en fase de solución que implican el crecimiento de pequeños cristales en una solución líquida, luego agregando lo que son esencialmente moléculas de jabón. Estos se unen a las superficies de las partículas con diferentes fuerzas. Luego, los investigadores manipulan cuidadosamente el tamaño y la forma, creando miles de nanopartículas visualmente impactantes que reaccionan de nuevas formas.

Las formas únicas de nanopartículas que su equipo pueden crear van desde cuadrados y pentágonos hasta formas puntiagudas más elaboradas. y poseen propiedades tales como un mayor magnetismo y la capacidad de emitir luz.

"Aunque he estado haciendo esto durante más de una década, Todavía siento un gran zumbido cada vez que miro a través del microscopio las nuevas partículas que podemos crear en el laboratorio, "dice Tilley.

Detectando tumores a través de nanopartículas magnéticas

Un área de éxito del grupo es la producción de nanopartículas altamente magnéticas para su uso en aplicaciones biotecnológicas, como detectar tejido canceroso.

Junto con el profesor Ian Hermans del Instituto Malaghan de Investigación Médica, El Dr. Peter Ferguson del Wellington Public Hospital e investigadores del MacDiarmid Institute y Callaghan Innovation, el equipo desarrolló una nueva forma de nanopartículas de hierro y metal que no se oxidan.

Las partículas se pueden utilizar como agente de contraste en exploraciones de imágenes por resonancia magnética (MRI), resaltar las estructuras internas del cuerpo y diagnosticar problemas de salud. "Como resultado, hemos podido mejorar el rendimiento en un 100 por ciento y detectar tumores cancerosos tan pequeños como dos milímetros, "dice Tilley.

"Otro beneficio es que las nanopartículas de hierro magnético se pueden calentar mientras están en el cuerpo, por lo que tienen el potencial de usarse para matar células cancerosas, así como detectarlos ".

Un enfoque comercial del grupo es la fabricación de convertidores catalíticos en vehículos, que controlan los niveles de toxicidad de los gases de escape, más eficiente y asequible.

"En un convertidor típico, solo alrededor del 10 por ciento de las nanopartículas están realmente activas, y están hechos de metales caros como platino y paladio, "dice Tilley". Sin embargo, nuestro equipo ha desarrollado una nueva nanopartícula compuesta, hecho de dos elementos diferentes, que muestra propiedades catalíticas mucho más eficientes ".

Aparatos de última generación

Un elemento central de la investigación del grupo es el conjunto de microscopios electrónicos multimillonario de Victoria que alberga microscopios electrónicos de barrido y transmisión que son vitales para examinar nanomateriales.

El microscopio electrónico de transmisión, fundamental para el trabajo realizado por el equipo de Richard, les permite ver el tamaño y la forma de las partículas que crean, y controlar las propiedades de las nanopartículas.

El microscopio se utiliza para examinar muestras ultrafinas, y ha sido actualizado recientemente.

Con mayor resolución y una nueva cámara digital, Tilley y su equipo ahora pueden observar nanopartículas en la escala de 0,15 nanómetros, es decir, una mil millonésima parte de un metro.

"Una característica interesante es la velocidad de imagen más rápida de la cámara, ", dice Tilley. Eso nos permite crear y analizar videos de nanopartículas que se mueven e interactúan por primera vez".

Los microscopios de barrido, utilizado principalmente por investigadores del Instituto MacDiarmid, también se han mejorado. Estos microscopios utilizan un haz de electrones para escanear la superficie de una muestra, obteniendo información sobre su forma y composición. Una adición reciente es un crioajuste, que congela rápidamente las muestras, bloqueando sus estructuras internas en forma sólida y permitiendo a los investigadores tomar imágenes de materiales blandos y fluidos.

Anteriormente era imposible mirar materiales blandos, que son importantes en la investigación biológica, porque el alto vacío en el microscopio hizo que explotaran.

Mirando hacia el futuro

Tilley dice que muchos estudiantes que han trabajado con el grupo de investigación de nanopartículas han pasado a prestigiosos puestos postdoctorales y carreras exitosas en institutos de investigación nacionales e internacionales y empresas comerciales.

Un enfoque actual para el grupo, dice Richard, es la comercialización de sus nanopartículas.

Junto con la Dra. Anna Henning, graduada de doctorado, ha lanzado una empresa en línea, Boutiq, Suministrar nanopartículas para clientes internacionales de ciencia e ingeniería. Tilley planea hacer crecer el negocio a través del brazo de comercialización de Victoria, Vic Link.

"Sé lo difícil que es crear algo que termine siendo utilizado por la humanidad, pero al mismo tiempo, No puedo imaginarme nunca haciendo una investigación en la que no pensé que el resultado sería útil ".