Un equipo de químicos en Penn State ha desarrollado un conjunto de herramientas para diseñadores que les permite construir varios niveles de complejidad en nanopartículas usando un simple, proceso de mezcla y combinación. "Investigadores en áreas tan diversas como la medicina, energía, y la electrónica a menudo diseña partículas complejas a nanoescala que se predice que tienen funciones útiles, "dijo Raymond E. Schaak, Profesor DuPont de Química de Materiales en Penn State y líder del equipo de investigación. "Pero fabricarlos en el laboratorio es a menudo el cuello de botella. Nuestra estrategia puede ayudar a agilizar este proceso". El 4 de mayo aparece un artículo que describe la estrategia del equipo y la gran biblioteca de partículas que ahora pueden hacer. 2018 en la revista Ciencias .

Los científicos e ingenieros están mejorando cada vez más en el diseño de nanopartículas para dividir el agua utilizando la luz solar. para diagnosticar y tratar el cáncer, y para resolver otros problemas importantes. Muchas de estas partículas de 'diseñador' deben incluir varios tipos de semiconductores, catalizadores, imanes y otros materiales para funcionar, todo ello cumpliendo estrictos requisitos relacionados con su tamaño y forma.

"Sintetizar estas partículas complejas se convierte en un desafío realmente difícil, porque cada una de estas partículas requiere un gran esfuerzo para prepararse, y eso no siempre es práctico, ", dijo Schaak." Queríamos pensar de una manera más modular para facilitar este proceso ".

Los investigadores comienzan con lo que ellos llaman partículas de primera generación que tienen dimensiones a escala nanométrica y son de tamaño similar a los virus. Estos son simples esferas de sulfuro de cobre fáciles de hacer, varillas y platos que sirven de trampolín para derivados más complejos. Estas partículas de primera generación definen el tamaño y la forma iniciales, y después de reemplazar parte del cobre con otros elementos como cadmio y zinc, se transforman en partículas de segunda generación que ahora incluyen dos materiales. El nuevo material está tallado en una porción del sulfuro de cobre original, formando varios tipos de líneas o formas. Estas líneas representan las uniones entre los dos materiales, definir marcos dentro de las partículas y crear esferas de dos caras, esferas de sándwich, varillas tapadas, varillas rayadas, placas irregulares, y platos de mármol.

"Las uniones aportan un elemento de diseño adicional a la mesa, "dijo Schaak." Aquí, los materiales dentro de las partículas están acoplados a nivel atómico, y esto puede conducir a funciones adicionales porque los materiales ahora pueden 'hablar' entre sí. Podemos ajustar de forma independiente la forma exterior y el tamaño de las partículas, los materiales que están dentro de las partículas, y las formas en que están conectados ".

Todas las partículas de segunda generación todavía contienen algo de sulfuro de cobre. Este sulfuro de cobre 'sobrante' también se puede reemplazar, produciendo partículas de tercera generación que retienen el tamaño y la forma de la primera generación y las uniones de segunda generación mientras contienen materiales completamente diferentes a las partículas originales de primera generación. Las partículas de mayor generación se obtienen mezclando y combinando más diversas técnicas y materiales. Por último, los investigadores generaron fácilmente una biblioteca de 47 nanopartículas distintas a partir de las tres esferas simples de primera generación, varillas y platos.

Algunas de las partículas que ha creado el equipo se encuentran entre las más complejas reportadas hasta la fecha, incluyendo partículas asimétricas, partículas con agujeros y muescas en ellas, y partículas intrincadamente esculpidas. "Lo más emocionante es la facilidad con la que funciona. Podemos sentarnos y hacer un dibujo de una partícula realmente compleja que era impensable hace meses, y luego ir al laboratorio y hacerlo de inmediato. Este es realmente un juego de herramientas para diseñadores, "dijo Schaak.