Estos días, Las nanopartículas finamente distribuidas en suspensiones se utilizan en muchas áreas, por ejemplo, en productos cosméticos, en catalizadores industriales, o agentes de contraste para exámenes médicos. Por primera vez, un equipo de investigación de la Universidad de Bayreuth ha logrado determinar con precisión las interrelaciones de las nanopartículas magnéticas con el líquido que las rodea, incluso hasta el nivel atómico. Como resulta, Es principalmente una cuestión de la estructura cristalina de la nanopartícula en cuanto a cómo las moléculas de agua en su vecindad inmediata se vuelven a alinear. Los científicos han presentado sus hallazgos en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .

Sobre la base de estudios teóricos y experimentales, la comunidad de investigadores había asumido durante mucho tiempo que las moléculas de un líquido se agrupan alrededor de una nanopartícula sólida como una cáscara. Dentro de estas llamadas capas de solvatación, en el caso de las soluciones de agua, también se las conoce como capas de hidratación, se pueden distinguir de tres a cinco capas, correspondiente a la disposición de las moléculas líquidas. Sin embargo, hasta ahora solo se pudo acceder a la información sobre el número y el tamaño de estas capas.

Como consecuencia, el equipo de científicos que trabaja con la profesora junior de Bayreuth, Mirijam Zobel, echó un vistazo más de cerca a las estructuras atómicas y moleculares de estas capas en una serie de experimentos. Para tal fin, Las mediciones de rayos X de alta energía se llevaron a cabo utilizando Diamond Lightsource, un sincrotrón de electrones en Gran Bretaña. Las investigaciones se concentraron en nanopartículas magnéticas, ampliamente utilizado en estos días en biomedicina, especialmente en la liberación de fármacos dirigida, y en la formación de imágenes por resonancia magnética. Al hacerlo, los investigadores descubrieron que incluso las distancias que separan los átomos de las moléculas de agua que rodean una nanopartícula pueden medirse con precisión. De este modo, finalmente se hizo evidente cómo las moléculas de agua se adhieren a la nanopartícula:en algunos casos mediante enlaces disociativos, en otros casos mediante adsorción molecular.

"Nos sorprendió que el agua en la vecindad de diminutas nanopartículas magnéticas de óxido de hierro se dispusiera como en superficies planas de óxido de hierro en el nivel macroscópico. Pudimos demostrar que la forma en que las moléculas líquidas se organizan en las proximidades de un nanopartícula depende principalmente de la estructura cristalina de la nanopartícula. Por el contrario, las pequeñas moléculas orgánicas que se encuentran en la superficie de las nanopartículas no tienen una influencia directa en la disposición de las moléculas líquidas, "explica la líder del proyecto Mirijam Zobel.

"Estos son conocimientos importantes para futuras investigaciones y sus aplicaciones. Debido a que estas moléculas orgánicas, con el que se estabilizan las nanopartículas, sirven como puntos de anclaje cuando, en aplicaciones biomédicas, las nanopartículas están cargadas, con anticuerpos, por ejemplo. Por lo tanto, para la liberación de tales agentes medicinales, es de crucial importancia comprender en detalle la influencia de estas moléculas en las características y el comportamiento de las nanopartículas, "La estudiante de doctorado de Bayreuth, Sabrina Thomä M.Sc. explica:autor principal del estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza . La profesora júnior Mirijam Zobel continúa:"Mientras tanto, el estudio de las capas de solvatación alrededor de las nanopartículas se ha establecido como un tema por derecho propio en todo el mundo. Estamos convencidos de que el método que hemos desarrollado, que implementamos en el nuevo estudio, se puede utilizar de forma más general. En efecto, en el futuro seremos capaces de lograr muchos más conocimientos interesantes sobre la ciencia de la solvatación, por ejemplo en las áreas de catalizadores y nucleación ".

Para determinar las estructuras de las moléculas líquidas en las capas de solvatación, El equipo de investigación centrado en la Prof. Dra. Mirijam Zobel hizo uso de un método de investigación basado en rayos X denominado Función de distribución de pares (PDF). Un difractómetro de rayos X de alto rendimiento, que está destinado a promover el uso de este método tan importante para las nanociencias, se instaló recientemente en el campus de la Universidad de Bayreuth.