Las enzimas son los mejores catalizadores a nanoescala de la naturaleza, y a menudo muestran lo que se conoce como alosterio catalítico, es decir, reacciones en un sitio que afectan las reacciones en otro sitio, normalmente a unos pocos nanómetros de distancia, sin interacción directa entre los reactivos.
Nanopartículas de diversos materiales, como el metal, también pueden actuar como catalizadores de transformaciones químicas en sus propias superficies, y sus sitios tensioactivos pueden acoplarse electrónicamente. Peng Chen, el Peter J.W. Profesora Debye de Química en el Departamento de Química y Biología Química, está tomando su experiencia en estudios de enzimas y aplicándola a su otra especialidad de investigación:la catálisis de una sola molécula.
Su grupo ha publicado un artículo en Química de la naturaleza , la culminación de años de estudio, que establece un marco conceptual para comprender cómo funciona una partícula de nanocatalizador. El trabajo podría ayudar a informar un mejor diseño de nanocatalizadores sintéticos en el futuro.
"La comunicación cooperativa dentro y entre nanocatalizadores individuales" se publicó el 26 de marzo. Los autores principales son los ex estudiantes de posgrado Ningmu Zou y Guanqun Chen, y el ex investigador postdoctoral Xiaochun Zhou.
Dado su trasfondo de enzimas, Chen se preguntó:¿Pueden las reacciones en diferentes sitios de la superficie en el mismo nanocatalizador comunicarse entre sí? similar a las enzimas alostéricas?
"Ya habíamos desarrollado una forma de mapear reacciones catalíticas en un solo catalizador, de forma espacio-temporal [espacio y tiempo] resuelto, "dijo Chen, cuyo grupo publicó un artículo sobre el tema el año pasado. "Por cada reacción que ocurre en una partícula de catalizador, sabemos dónde sucedió y cuándo sucedió. Luego se me ocurrió la pregunta sobre si las reacciones en diferentes lugares, en el mismo catalizador, pueden hablar entre sí."
Usando microscopía de fluorescencia de una sola molécula, Chen y el grupo encontraron que las reacciones catalíticas en un solo catalizador a nanoescala, en este caso, nanopartículas de oro y paladio:de hecho, pueden comunicarse entre sí, probablemente a través del movimiento de portadores de carga positiva conocidos como agujeros. El grupo probó esto en dos tipos de morfologías de nanocatalizadores, y tres tipos distintos de transformaciones catalíticas.
También encontraron que las reacciones en nanocatalizadores de oro separados se comunican entre sí, a distancias aún mayores, a través de la difusión de productos de reacción cargados negativamente. Esta comunicación es análoga al efecto de "desbordamiento" en la ciencia de la superficie, Chen dijo.
Ambos representan las primeras observaciones de su tipo que involucran nanocatalizadores individuales.
"Esto proporciona un nuevo tipo de marco conceptual para comprender cómo funciona una partícula de catalizador a nanoescala, "Dijo Chen.
Aunque la aplicación de estas observaciones al desarrollo en el mundo real de nanocatalizadores no biológicos aún está en el futuro, este descubrimiento impulsa la ciencia básica hacia ese objetivo, Chen dijo. "Si uno puede capitalizar esa característica importante de las enzimas en un catalizador no biológico, tal vez haya una forma de mejorar la función del catalizador, " él dijo.
