Nanobarras de oro ultramonodispersas que se comportan como clones desde un punto de vista óptico. Crédito:Guillermo González Rubio.
Dar forma a partículas nanométricas de oro -del tamaño de una millonésima de milímetro- para mejorar sus propiedades en biomedicina y fotónica ha sido posible gracias a un sistema láser especial en un trabajo realizado en la Universidad Complutense de Madrid (UCM) y ahora publicado en Ciencias .
La investigación, en el que también participan el CIC biomaGUNE y la Universidad Politécnica de Madrid, no solo representa un récord en calidad óptica en el que miles de millones de nanopartículas de oro se comportan como una sola, pero introduce una nueva forma de manipular y mejorar los nanomateriales empleando láseres como cinceles en manos de un escultor.
"Al utilizar láseres ultrarrápidos, que son muy intensos pero de muy corta duración (del orden de mil millones de billones de destellos por segundo), hemos logrado un récord mundial en calidad óptica, donde todas las partículas con forma obtenidas se comportan como clones de tamaño nanométrico ", explica Andrés Guerrero Martínez, investigador del Programa Ramón y Cajal de la Facultad de Ciencias Químicas de la UCM.
El estudio proporciona las pistas físicas y químicas necesarias para comprender y controlar dichos nanomateriales, considerado "perfecto" desde un punto de vista óptico.
"Hemos intentado durante los últimos quince años obtener nanopartículas idénticas, para que todos presenten el mismo color y sus aplicaciones sean más eficientes. En este trabajo, nos hemos centrado en el uso de nanobarras de oro, en el que variaciones mínimas en su longitud o ancho dan como resultado cambios significativos en el color de la luz que absorben ", dice Luis Liz Marzán, director científico del CIC biomaGUNE e investigador del Programa Ikerbasque.
Del tratamiento de tumores a la remediación de la contaminación
Las aplicaciones de las nanopartículas se basan en su capacidad para absorber y reflejar la luz de un color específico de una manera sorprendentemente eficiente. Estos llamados efectos plasmónicos dan como resultado propiedades ópticas que no se pueden lograr con metales de mayores dimensiones, incluso en la escala milimétrica.
Estas propiedades se pueden utilizar para una gran cantidad de aplicaciones útiles que, en muchos casos, no eran posibles hasta ahora. En medicina, no solo la luz reflejada por estas partículas se puede utilizar para diagnosticar enfermedades, pero sus propiedades de absorción de luz también se pueden aprovechar para inducir la liberación de calor para, por ejemplo, el tratamiento de tumores de forma localizada, minimizando así los efectos secundarios habituales de los tratamientos actuales.
"Las partículas plasmónicas también han encontrado aplicaciones en áreas como la tecnología de la información, producción de energía, o control de la contaminación ambiental, entre otros", dice Guillermo González Rubio, coautor del trabajo que ha obtenido su doctorado en la UCM bajo la dirección de Andrés Guerrero Martínez y Luis Liz Marzán.
Otra novedad de este trabajo es la aplicación de láseres ultrarrápidos para dar forma a la geometría de las partículas y afinar sus propiedades. En este caso, Luis Bañares, profesor de la UCM y coautor del artículo, trabaja en el Ultrafast Laser Center (CLUR) de la UCM.
Es más, para comprender la naturaleza química y física del proceso de conformación, Se han empleado técnicas de caracterización estándar (espectroscopía y microscopía electrónica). así como nuevos modelos teóricos y técnicas avanzadas de simulación por ordenador.
Según Ovidio Rodríguez Peña, investigador de la UPM, "La demostración de este objetivo y la explicación de los procesos que permiten que suceda representan un cambio de paradigma que puede abrir nuevas vías para el desarrollo de nanomateriales con propiedades y aplicaciones mejoradas".