Un estudiante de doctorado en ciencia de los materiales en la Technische Universitat Darmstadt está fabricando nanotubos multifuncionales de oro, con la ayuda de vitamina C y otras sustancias inofensivas.
Café, jugo de manzana, y vitamina C:las cosas que la gente ingiere todos los días son material experimental para la química Eva-Maria Felix. El estudiante de doctorado del grupo de investigación del profesor Wolfgang Ensinger en el Departamento de Análisis de Materiales está trabajando en la fabricación de nanotubos de oro. Ella precipita el metal precioso de una solución acuosa sobre una película pretratada con muchos canales diminutos. El metal de las paredes de los canales adopta la forma de nanotubos; luego se disuelve la película. La técnica en sí no es nueva, pero Felix lo ha modificado:"Los químicos que se usan generalmente para esto eran demasiado tóxicos para mí". Ella prefirió no usar cianuro, formaldehído, arsénico y sales de metales pesados. Se inspiró en un artículo de una revista de investigadores que lograron la precipitación de plata utilizando café.
Felix también usó café en sus primeros experimentos. Luego probó el jugo de manzana, seguido de vitamina C. Este parecía ser el más adecuado para ella porque "nunca se sabe qué hay en el café y el jugo de manzana". Por otra parte, La vitamina C, o ácido ascórbico, está disponible en forma pura en las tiendas de productos químicos, un requisito para estudios reproducibles. Pero, ¿qué tiene que ver la vitamina con la precipitación del oro? En el cuerpo humano la vitamina C hace que los radicales libres sean inofensivos al transferirles electrones. "La precipitación de oro funciona según el mismo principio. La única diferencia es que la vitamina no toma radicales, sino más bien iones de oro ", explica Falk Münch, investigador postdoctoral y director de la tesis doctoral de Felix. Los iones de oro que se disuelven en el baño de precipitación se transforman en oro metálico después de absorber electrones.
Adicional, Se requieren productos químicos inofensivos para el proceso. Pero el procedimiento es verde no solo por las sustancias no tóxicas, pero también porque tiene lugar a temperatura ambiente y sin una fuente de alimentación externa, ahorrando energía. Es más, a diferencia de otros métodos, no se requieren dispositivos costosos. La película con los nanocanales se coloca simplemente en el baño de precipitación. "Es realmente increíble que las soluciones acuosas y los productos químicos básicos simples puedan producir nanoestructuras tan precisas", dice Münch.
"Lo verde se encuentra con lo nano" es el lema de los investigadores de la TU. Lo único que no es verde en el procedimiento es la película que se usa como plantilla, señala Ensinger. Aunque las pruebas con plásticos de origen biológico ya están en la agenda, las películas siguen siendo de policarbonato también fabricado o de tereftalato de polietileno (PET).
Para crear los canales de plástico en miniatura que definen la forma, una película redonda se bombardea verticalmente con un haz de iones. Cada ion deja una pista recta en la película que luego se convierte en un pequeño agujero, o, cuando se ve a través del microscopio:un canal que luego se graba. Su diámetro se puede ajustar con precisión, hasta mucho menos de 100 nanómetros. Los nanotubos de oro son, por tanto, varios cientos de veces más finos que un cabello humano. Su espesor de pared depende tanto de la duración de la precipitación como de la concentración de oro de la solución original. Una vez disuelta la película, el resultado es, según las condiciones experimentales, una colección de nanotubos individuales o una serie de cientos de miles de tubos interconectados.
El quid de la técnica:se necesita un acelerador de iones para generar un haz de iones. Los científicos de TU encontraron al socio ideal para su investigación en el Centro GSI Helmholtz de Investigación de Iones Pesados en las afueras de Darmstadt; pero el acelerador a gran escala de GSI no era adecuado para un uso comercial posterior por razones financieras. Los científicos de TU ya están buscando alternativas. Por ejemplo, una empresa de EE. UU. produce películas perforadas de forma similar con aceleradores más pequeños. "Las películas no están tan bien definidas como las nuestras, pero también son adecuados ", dice Münch. Es más, son económicos:una película del tamaño aproximado de una hoja de papel cuesta sólo unos pocos euros. Ensinger dice que el precio del oro no es un factor porque las cantidades que se requieren son pequeñas:"Con 1 gramo de oro, podríamos hacer un nanotubo literalmente para cada persona en la tierra ". Aunque un solo tubo no es útil para nadie, no se necesita mucho material para los microsensores, reactores de flujo pasante en miniatura, u otras aplicaciones potenciales.
El equipo de Ensinger ya ha probado con éxito un uso de los nanotubos de oro:son adecuados para construir sensores para medir el peróxido de hidrógeno. Esta sustancia química daña las células nerviosas y aparentemente juega un papel en enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson. Un microsensor que pueda medir el peróxido de hidrógeno en el cuerpo humano sería, por tanto, práctico tanto en la investigación médica como en el diagnóstico. La conversión de peróxido de hidrógeno en agua, catalizado por el oro libera electrones genera una corriente eléctrica fácilmente medible. Los nanotubos de oro conducen la electricidad especialmente bien debido a su estructura unidimensional. Además, son relativamente largos y, por tanto, más duraderos que las nanopartículas normales.
"Nano se encuentra con la vida" es el segundo lema de los investigadores de TU Materials Science. Por ejemplo, también están pensando en utilizar los nanotubos para medir el azúcar en sangre. "Un sensor subcutáneo podría evitar que los pacientes con diabetes tengan que pincharse los dedos constantemente", piensa Ensinger. El método de producción ecológico también tiene ventajas aquí porque los componentes de tales implantes deben producirse con la menor cantidad posible de productos químicos tóxicos. "Esto completa el círculo", dice el profesor de TU, combinando los dos lemas:"El verde se encuentra con lo nano y la vida".
