Investigadores de la Universidad de Georgia están dando un nuevo significado a la frase "convertir el óxido en oro" y haciendo que el uso del oro en entornos de investigación y aplicaciones industriales sea mucho más asequible.

La investigación es similar a un tipo de alquimia moderna, dijo Simona Hunyadi Murph, profesor adjunto en el departamento de física y astronomía de la Facultad de Artes y Ciencias de UGA Franklin. Los investigadores combinan pequeñas cantidades de nanopartículas de oro con nanopartículas de óxido magnético para crear una nanoestructura híbrida que conserva las propiedades del oro y el óxido.

"Los alquimistas medievales intentaron crear oro a partir de otros metales, ", dijo." Eso es lo que hicimos con nuestra investigación. No es alquimia real, en el sentido medieval, pero es una especie de versión del siglo XXI ".

El oro ha sido durante mucho tiempo un recurso valioso para la industria, medicamento, odontología, ordenadores, electrónica y aeroespacial, entre otros, debido a propiedades físicas y químicas únicas que lo hacen inerte y resistente a la oxidación. Pero debido a su alto costo y suministro limitado, Los proyectos a gran escala que utilizan oro pueden resultar prohibitivos. A nanoescala, sin embargo, usar una cantidad muy pequeña de oro es mucho más asequible.

En el nuevo estudio publicado este verano en el Revista de química física C , los investigadores utilizaron la química de la solución para reducir los iones de oro a una estructura de oro metálico utilizando citrato de sodio. En este proceso, si durante el proceso de transformación hay otros ingredientes (óxido en este caso) en el recipiente de reacción, las estructuras de oro metálico se nuclean y crecen sobre estos "ingredientes, "también conocido como soportes.

"Estamos muy emocionados de compartir nuestros nuevos descubrimientos. Cuando los investigadores ven el oro como un material potencial para la investigación, hablamos de lo caro que es el oro. Por primera vez, hemos podido crear una nueva clase de altamente eficiente, no tóxico, nanomateriales híbridos magnéticamente reutilizables que contienen un material mucho más abundante (óxido) que el típico metal noble oro, "dijo Murph, quien también es un científico principal en la Dirección de Seguridad Nacional en el Laboratorio Nacional del Río Savannah en Aiken, Carolina del Sur.

Cuando los materiales se descomponen en tamaño para alcanzar dimensiones de escala nanométrica:1-100 nanómetros, que es aproximadamente 100, 000 veces más pequeño que el diámetro del cabello humano:estas sustancias pueden adquirir nuevas propiedades. Por ejemplo, el oro a granel no muestra propiedades catalíticas; sin embargo, a nanoescala, el oro es un catalizador eficaz, acelerar el cambio químico para muchas reacciones, incluida la oxidación, producción de hidrógeno o reducción de compuestos nitro aromáticos.

Las nanopartículas de oro de diferentes tamaños y formas muestran diferentes colores cuando son impactadas por la luz porque absorben y dispersan la luz en longitudes de onda específicas. conocidas como resonancias plasmónicas. Estas resonancias plasmónicas son de particular interés para aplicaciones biológicas. Si alguien ilumina las nanopartículas de oro, la luz absorbida se puede convertir en calor en los medios circundantes, y si hay bacterias o células cancerosas en las proximidades de tales nanopartículas de oro, pueden destruirse utilizando luz de la longitud de onda adecuada. Este fenómeno se conoce como terapia fototérmica.

Reemplazando parte del nano-oro con nano-óxido magnético, Los investigadores muestran que las nanoestructuras híbridas de oro y óxido son capaces de calentar fototérmicamente los medios circundantes de manera tan eficiente como las nanopartículas de oro puro. incluso con una concentración de oro significativamente menor.

"En cierto sentido, lo hemos hecho un poco mejor que la alquimia, "dijo George Larsen, co-investigador e investigador postdoctoral en el Grupo de Innovación y Avances en Ciencias de la Nano-Tecnología en el Laboratorio Nacional de Savannah River, "porque estas nuevas nanopartículas híbridas no solo se comportan mejor que el oro en algunos casos, pero también tienen funcionalidad magnética ".

Murph y su equipo analizaron tres formas diferentes de nanopartículas híbridas en estas esferas de investigación, anillos y tubos.

"Una nanopartícula de forma diferente significa que los átomos están dispuestos de manera diferente en cubos, hexágonos o triángulos, por ejemplo, ", dijo." Una disposición de átomos diferente significa diferentes densidades de empaquetamiento, espaciado entre átomos, defectos superficie y energías superficiales. Las diferentes formas conducen a un aumento del área del átomo que se expone para catalizar una reacción química. Científicamente hablando, una forma diferente significa diferentes facetas cristalográficas y energía superficial que podrían conducir a una mayor actividad catalítica y diferentes productos catalíticos.

"Los resultados de nuestra investigación mostraron que las nanopartículas híbridas en forma de anillo y tubo demostraron ser mejores materiales catalíticos que las nanopartículas en forma de esfera debido a la forma en que los átomos están dispuestos en la estructura a esta nanoescala. Más importante aún, las nanopartículas híbridas de oro y óxido son mejores catalizadores que las nanopartículas de oro solas, incluso con una cantidad de oro significativamente menor.

Cuando estas nanopartículas híbridas de diferentes formas se expusieron a la luz de una longitud de onda específica, las esferas calentaron la solución a temperaturas ligeramente más altas que las nanopartículas en forma de anillo o tubo.

"Esto podría tener una variedad de aplicaciones biológicas como el seguimiento, administración de fármacos o imágenes dentro del cuerpo, ", Dijo Murph." Si alimenta estas nanopartículas de oro a las bacterias y las ilumina, podría destruirlos con solo usar la luz ".

Las estructuras híbridas también podrían usarse para nuevas aplicaciones, como sentir, tratamiento de hipertermia, aplicaciones de imágenes médicas de limpieza y protección ambiental, incluidos agentes de contraste para imágenes por resonancia magnética, detección y manipulación de productos.

El estudio de investigación, "Nanopartículas híbridas multifuncionales de Fe2O3-Au para un calentamiento plasmónico eficiente, "está disponible en www.jove.com/video/53598/multi… -efficient-plasmonic.