Bajo el liderazgo de Petr Cígler del Instituto de Química Orgánica y Bioquímica (IOCB Praga) y Martin Hrubý del Instituto de Química Macromolecular (IMC), Un equipo de investigadores ha desarrollado un método revolucionario para la producción fácil y económica de nanodiamantes irradiados y otros nanomateriales adecuados para su uso en el diagnóstico de enfermedades de alta sensibilidad. incluidos varios tipos de cáncer. Su artículo fue publicado recientemente en la revista científica Comunicaciones de la naturaleza .

El diagnóstico de enfermedades y la comprensión de los procesos que tienen lugar dentro de las células a nivel molecular requieren instrumentos de diagnóstico sensibles y selectivos. Hoy dia, Los científicos pueden monitorear los campos eléctricos y magnéticos en las células con una resolución de varias docenas de nanómetros y con una sensibilidad notable gracias a los defectos cristalinos en las partículas de ciertos materiales inorgánicos. Los nanodiamantes son un material casi ideal para estos fines. En comparación con los diamantes utilizados en joyería, Los nanodiamantes son aproximadamente 1 millón de veces más pequeños y se producen sintéticamente a partir de grafito a alta presión y temperatura.

Un nanodiamante puro no revela mucho sobre su entorno. Primero, su celosía cristalina debe dañarse en condiciones controladas para crear defectos especiales, los llamados centros de vacantes de nitrógeno, que permiten la obtención de imágenes ópticas. El daño se crea más comúnmente irradiando nanodiamantes con iones rápidos en aceleradores de partículas. Estos iones acelerados son capaces de expulsar átomos de carbono de la red cristalina de un nanodiamante, dejando atrás huecos conocidos como vacantes, que a altas temperaturas se emparejan con átomos de nitrógeno presentes en el cristal como contaminantes. Los centros de vacantes de nitrógeno recién formados son una fuente de fluorescencia observable, lo que le da a los nanodiamantes un gran potencial para aplicaciones en medicina y tecnología.

Una restricción fundamental al uso de estos materiales en una escala más amplia, sin embargo, es el gran costo y la baja eficiencia de irradiar iones en un acelerador, lo que evita la generación de este material excepcionalmente valioso en grandes cantidades.

Los científicos encabezados por Petr Cígler y Martin Hrubý publicaron recientemente un artículo en la revista Comunicaciones de la naturaleza describiendo un método completamente nuevo de irradiar nanocristales. En lugar de una irradiación costosa y lenta en un acelerador, los científicos aprovecharon la irradiación en un reactor nuclear, que es mucho más rápido y mucho menos costoso.

Los científicos tuvieron que emplear un truco:en el reactor, la irradiación de neutrones divide los átomos de boro en iones muy ligeros y rápidos de helio y litio. Los nanocristales deben primero dispersarse en óxido de boro fundido y luego someterse a irradiación de neutrones en un reactor nuclear. La captura de neutrones por los núcleos de boro produce una densa lluvia de iones de helio y litio, que tienen el mismo efecto dentro de los nanocristales que los iones producidos en un acelerador:la creación controlada de defectos cristalinos. La alta densidad de esta lluvia de partículas y el uso de un reactor para irradiar una cantidad mucho mayor de material significa que es más fácil y mucho más asequible producir docenas de gramos de nanomaterial raro a la vez. que es aproximadamente 1000 veces más de lo que los científicos han podido obtener hasta ahora mediante una irradiación comparable en aceleradores.

El método ha demostrado ser exitoso no solo en la creación de defectos en las redes de los nanodiamantes, pero también de otro nanomaterial:el carburo de silicio. Por esta razón, Los científicos creen que el método podría encontrar una aplicación universal en la producción a gran escala de nanopartículas con defectos definidos.

El nuevo método utiliza el principio aplicado en la terapia de captura de neutrones de boro (BNCT), en el que a los pacientes se les administra un compuesto de boro. Una vez que el compuesto se haya acumulado en el tumor, el paciente recibe radioterapia con neutrones, que divide los núcleos de boro en iones de helio y litio. Estos luego destruyen las células tumorales en las que se ha acumulado el boro. Este principio tomado del tratamiento experimental del cáncer ha abierto así la puerta a la producción eficiente de nanomateriales con un potencial excepcional para aplicaciones en, entre otras áreas, diagnóstico de cáncer.