Dispositivos electrónicos personales:teléfonos inteligentes, ordenadores, Televisores tabletas, pantallas de todo tipo:son una fuente importante y creciente de desechos electrónicos en el mundo. Muchos de estos productos utilizan nanomateriales, pero se sabe poco sobre cómo estos materiales modernos y sus diminutas partículas interactúan con el medio ambiente y los seres vivos.

Ahora, un equipo de investigación de químicos de la Universidad Northwestern y colegas del Centro Nacional de Nanotecnología Sostenible ha descubierto que cuando ciertas nanopartículas recubiertas interactúan con organismos vivos, se obtienen nuevas propiedades que hacen que las nanopartículas se vuelvan pegajosas. Se forman coronas lipídicas fragmentadas en las partículas, haciendo que se peguen y crezcan en largas hebras parecidas a las algas. Las nanopartículas con diámetros de 5 nanómetros forman estructuras largas que tienen un tamaño de micras en solución. Se desconoce el impacto en las células.

"¿Por qué no hacer una partícula que sea benigna desde el principio?" dijo Franz M. Geiger, profesor de química en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern. Dirigió la parte noroeste de la investigación.

"Este estudio proporciona información sobre los mecanismos moleculares por los que las nanopartículas interactúan con los sistemas biológicos, ", Dijo Geiger." Esto puede ayudarnos a comprender y predecir por qué algunas combinaciones de recubrimiento de nanomaterial / ligando son perjudiciales para los organismos celulares mientras que otras no lo son. Podemos usar esto para diseñar nanopartículas que sean benignas por diseño ".

Usando experimentos y simulaciones por computadora, el equipo de investigación estudió nanopartículas de oro envueltas en policatión y sus interacciones con una variedad de modelos de membranas bicapa, incluidas las bacterias. Los investigadores encontraron que una capa casi circular de lípidos se forma espontáneamente alrededor de las partículas. Estas "coronas lipídicas fragmentadas" nunca se habían visto antes.

El estudio apunta a resolver problemas con la química. Los científicos pueden utilizar los hallazgos para diseñar un mejor recubrimiento de ligando para nanopartículas que evite la interacción amonio-fosfato. que causa la agregación. (Los ligandos se utilizan en nanomateriales para la formación de capas).

Los resultados se publicarán el 18 de octubre en la revista Chem .

Geiger es el autor correspondiente del estudio. Otros autores incluyen científicos de otros socios institucionales del Centro de Nanotecnología Sostenible. Basado en la Universidad de Wisconsin-Madison, el centro estudia nanomateriales artificiales y su interacción con el medio ambiente, incluidos los sistemas biológicos, tanto los aspectos negativos como los positivos.

"Las nanopartículas recogen partes de la membrana celular lipídica como una bola de nieve rodando en un campo nevado, y se vuelven pegajosos, ", Dijo Geiger." Este efecto involuntario ocurre debido a la presencia de la nanopartícula. Puede llevar lípidos a lugares en las células donde los lípidos no deberían estar ".

Los experimentos se llevaron a cabo en entornos de laboratorio idealizados que, sin embargo, son relevantes para los entornos que se encuentran a fines del verano en un vertedero, a 21-22 grados Celsius y un par de pies bajo tierra. donde el suelo y el agua subterránea se mezclan y comienza la cadena alimentaria.

Al combinar experimentos espectroscópicos y de imágenes con simulaciones atomísticas y de grano grueso, Los investigadores identificaron que el apareamiento de iones entre los grupos de cabeza lipídica de las membranas biológicas y los grupos amonio de los policationes en la envoltura de nanopartículas conduce a la formación de coronas lipídicas fragmentadas. Estas coronas engendran nuevas propiedades, incluyendo composición y pegajosidad, a las partículas con diámetros inferiores a 10 nanómetros.

Los conocimientos del estudio ayudan a predecir el impacto que tiene el uso cada vez más generalizado de nanomateriales de ingeniería en el destino de las nanopartículas una vez que ingresan a la cadena alimentaria. que muchos de ellos eventualmente pueden hacer.

"Están surgiendo nuevas tecnologías y productos de consumo masivo que cuentan con nanomateriales como componentes operativos críticos, ", Dijo Geiger." Podemos cambiar el paradigma existente en la producción de nanomateriales hacia uno en el que las empresas diseñen nanomateriales para que sean sostenibles desde el principio ". en lugar de arriesgarse a retirar productos costosos, o peor aún, en el futuro ".