Las diferentes épocas de la civilización se definen por el descubrimiento de nuevos materiales, a medida que los nuevos materiales impulsan nuevas capacidades. Y todavía, identificar el mejor material para una aplicación determinada:catalizadores, estructuras de captación de luz, etiquetas de biodiagnóstico, productos farmacéuticos y dispositivos electrónicos, es tradicionalmente una tarea lenta y abrumadora. Las opciones son casi infinitas, particularmente en la nanoescala (un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro) donde las propiedades del material:ópticas, estructural, eléctrico, mecánicos y químicos:pueden cambiar significativamente, incluso en una composición fija.

Un nuevo estudio publicado esta semana en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ) respalda la eficacia de una nueva herramienta potencialmente revolucionaria desarrollada en la Universidad Northwestern para probar rápidamente millones (incluso miles de millones) de nanopartículas para determinar cuál es la mejor para un uso específico.

"Cuando se utilizan métodos tradicionales para identificar nuevos materiales, apenas hemos arañado la superficie de lo posible, "dijo Chad A. Mirkin de Northwestern, autor correspondiente del estudio y líder mundial en investigación en nanotecnología y sus aplicaciones. "Esta investigación proporciona una prueba de concepto:que este poderoso enfoque de la ciencia del descubrimiento funciona".

La nueva herramienta utiliza una biblioteca combinatoria, o megalibrary, de nanopartículas de forma muy controlada. (Una biblioteca combinatoria es una colección de estructuras sistemáticamente variadas codificadas en sitios específicos en una superficie). Las bibliotecas se crean utilizando la técnica de litografía de pluma polimérica (PPL) de Mirkin, que se basa en matrices (conjuntos de elementos de datos) con cientos de miles de puntas piramidales para depositar "puntos" de polímeros individuales de varios tamaños y composición, cada uno cargado con diferentes sales metálicas de interés, sobre una superficie. Una vez calentado, estos puntos se reducen a átomos de metal que forman una sola nanopartícula con una composición y tamaño fijos.

"Al volverse pequeño, Creamos dos ventajas en el descubrimiento de materiales de alto rendimiento, "dijo Mirkin, el profesor de química George B. Rathmann en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg; profesor de ingeniería química y biológica, ingeniería biomédica y ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick; y director ejecutivo del Instituto Internacional de Nanotecnología (IIN) de Northwestern. "Primero, podemos empaquetar millones de funciones en áreas de centímetros cuadrados, creando un camino para hacer las bibliotecas más grandes y complejas, hasta la fecha. Segundo, trabajando en una escala de longitud inferior a 100 nanómetros, el tamaño puede convertirse en un parámetro de biblioteca, y mucha de la acción, por ejemplo, en el campo de la catálisis, está en esta escala de longitud ".

El nuevo estudio es una asociación entre el IIN de Northwestern y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea como parte del Centro de Excelencia de la Fuerza Aérea de EE. UU. Para Nanomateriales Bioprogramables Avanzados en Northwestern. El equipo utilizó una megaliboteca y una técnica de detección basada en espectroscopía Raman in situ llamada ARES para identificar Au3Cu (una composición de oro y cobre) como un nuevo catalizador para sintetizar nanotubos de carbono de pared simple. (ARES fue desarrollado por Benji Maruyama, líder, Equipo de Investigación de Materiales y Procesos Flexibles, Dirección de Materiales y Fabricación, Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea, y Rahul Rao, investigador científico, Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea y UES, C ª.)

Los nanotubos de carbono son ligeros, moléculas flexibles y más fuertes que el acero utilizadas para el almacenamiento de energía, administración de fármacos y aditivos que mejoran las propiedades de muchos materiales plásticos. El proceso de detección tardó menos de una semana en completarse y es miles de veces más rápido que los métodos de detección convencionales.

"Pudimos concentrarnos rápidamente en una composición óptima que produjera el mayor rendimiento de nanotubos mucho más rápido que con los métodos convencionales". "dijo Maruyama, un coautor del estudio. "Los hallazgos sugieren que podemos tener la herramienta de descubrimiento definitiva, un cambio potencial en el descubrimiento de materiales".