El poder de descubrimiento del chip genético está llegando a la nanotecnología. Un equipo de investigación de la Universidad Northwestern está desarrollando una herramienta para probar rápidamente millones y quizás incluso miles de millones o más nanopartículas diferentes al mismo tiempo para concentrarse en la mejor partícula para un uso específico.

Cuando los materiales se miniaturizan, sus propiedades:ópticas, estructural, eléctrico, cambio mecánico y químico, ofreciendo nuevas posibilidades. Pero determinar qué tamaño y composición de nanopartículas son los mejores para una aplicación determinada, como catalizadores, etiquetas de biodiagnóstico, productos farmacéuticos y dispositivos electrónicos, es una tarea abrumadora.

"Como científicos, recién comenzamos a investigar qué materiales se pueden fabricar a nanoescala, "dijo Chad A. Mirkin de Northwestern, líder mundial en investigación en nanotecnología y su aplicación, quien dirigió el estudio. "Detectando un millón de nanopartículas potencialmente útiles, por ejemplo, podría llevar varias vidas. Una vez optimizado, nuestra herramienta permitirá a los investigadores elegir al ganador mucho más rápido que los métodos convencionales. Tenemos la herramienta de descubrimiento definitiva ".

Usando una técnica del noroeste que deposita materiales en una superficie, Mirkin y su equipo descubrieron cómo hacer bibliotecas combinatorias de nanopartículas de una manera muy controlada. (Una biblioteca combinatoria es una colección de estructuras sistemáticamente variadas codificadas en sitios específicos en una superficie). Su estudio será publicado el 24 de junio por la revista Ciencias .

Las bibliotecas de nanopartículas son muy parecidas a un chip genético, Mirkin dice:donde se utilizan miles de diferentes puntos de ADN para identificar la presencia de una enfermedad o toxina. Se pueden realizar miles de reacciones simultáneamente, proporcionando resultados en tan solo unas horas. Similar, Las bibliotecas de Mirkin y su equipo permitirán a los científicos crear y analizar rápidamente de millones a miles de millones de nanopartículas de diferentes composiciones y tamaños en busca de propiedades físicas y químicas deseables.

"La capacidad de hacer bibliotecas de nanopartículas abrirá un nuevo campo de nanocombinatorics, donde el tamaño, en una escala que importa, y la composición se convierten en parámetros ajustables, ", Dijo Mirkin." Este es un enfoque poderoso para la ciencia del descubrimiento ".

Mirkin es profesor de química George B. Rathmann en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg y director fundador del Instituto Internacional de Nanotecnología de Northwestern.

"Comparo nuestro enfoque combinatorio de nanopatrones para proporcionar una amplia paleta de colores llamativos a un artista que anteriormente había estado trabajando con un puñado de negro pálido y opaco, pasteles blancos y grises, "dijo el coautor Vinayak P. Dravid, el profesor Abraham Harris de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick.

Usando cinco elementos metálicos:oro, plata, cobalto, cobre y níquel:Mirkin y su equipo desarrollaron una serie de estructuras únicas variando cada combinación elemental. En trabajos anteriores, los investigadores habían demostrado que el diámetro de las partículas también se puede variar deliberadamente en la escala de longitud de 1 a 100 nanómetros.

Algunas de las composiciones se pueden encontrar en la naturaleza, pero más de la mitad de ellos nunca han existido antes en la Tierra. Y cuando se muestra utilizando técnicas de imagen de alta potencia, las nanopartículas parecen una serie de coloridos huevos de Pascua, cada elemento compositivo contribuye a la paleta.

Para construir las bibliotecas combinatorias, Mirkin y su equipo utilizaron Nanolitografía Dip-Pen, una técnica desarrollada en Northwestern en 1999, depositar sobre una superficie polímeros individuales "puntos, "cada uno cargado con diferentes sales metálicas de interés. Luego, los investigadores calentaron los puntos de polímero, reduciendo las sales a átomos de metal y formando una sola nanopartícula. El tamaño del punto de polímero se puede variar para cambiar el tamaño de la nanopartícula final.

Este control tanto del tamaño como de la composición de las nanopartículas es muy importante, Mirkin subrayó. Habiendo demostrado control, los investigadores utilizaron la herramienta para generar sistemáticamente una biblioteca de 31 nanoestructuras utilizando los cinco metales diferentes.

Para ayudar a analizar las composiciones elementales complejas y el tamaño / forma de las nanopartículas hasta la escala subnanométrica, el equipo se volvió hacia Dravid, Amigo y colaborador de Mirkin desde hace mucho tiempo. Dravid, director fundador del Centro NUANCE de Northwestern, contribuyó con su experiencia y los microscopios electrónicos avanzados de NUANCE para mapear espacialmente las trayectorias de composición de las nanopartículas combinatorias.

Ahora, los científicos pueden comenzar a estudiar estas nanopartículas, así como a construir otras bibliotecas combinatorias útiles que consisten en miles de millones de estructuras que difieren sutilmente en tamaño y composición. Estas estructuras pueden convertirse en los próximos materiales que alimentan las pilas de combustible, cosechar eficientemente la energía solar y convertirla en combustibles útiles, y catalizar reacciones que toman materias primas de bajo valor de la industria del petróleo y las convierten en productos de alto valor útiles en las industrias química y farmacéutica.