Usando química sencilla y una combinación de estrategia modular, Los investigadores han desarrollado un enfoque simple que podría producir más de 65, 000 tipos diferentes de nanopartículas complejas, cada uno contiene hasta seis materiales diferentes y ocho segmentos, con interfaces que podrían explotarse en aplicaciones eléctricas u ópticas. Estas nanopartículas en forma de varilla tienen aproximadamente 55 nanómetros de largo y 20 nanómetros de ancho; en comparación, un cabello humano mide aproximadamente 100, 000 nanómetros de espesor, y muchos se consideran entre los más complejos jamás fabricados.

Un artículo que describe la investigación, por un equipo de químicos de Penn State, aparece el 24 de enero, 2020 en la revista Ciencias .

"Hay mucho interés en el mundo de la nanociencia en la fabricación de nanopartículas que combinan varios materiales diferentes:semiconductores, catalizadores, imanes materiales electronicos, "dijo Raymond E. Schaak, Profesor DuPont de Química de Materiales en Penn State y líder del equipo de investigación. "Puede pensar en tener diferentes semiconductores conectados entre sí para controlar cómo se mueven los electrones a través de un material, o disponer los materiales de diferentes formas para modificar su óptica, catalítico, o propiedades magnéticas. Podemos usar las computadoras y el conocimiento químico para predecir mucho de esto, pero el cuello de botella ha estado en la fabricación de partículas, especialmente a una escala lo suficientemente grande como para que pueda utilizarlos ".

El equipo comienza con nanobarras simples compuestas de cobre y azufre. Luego, reemplazan secuencialmente parte del cobre con otros metales mediante un proceso llamado "intercambio catiónico". Al alterar las condiciones de reacción, pueden controlar en qué parte de la nanovarilla se reemplaza el cobre:​​en un extremo de la varilla, en ambos extremos simultáneamente, o en el medio. Luego pueden repetir el proceso con otros metales, que también se puede colocar en ubicaciones precisas dentro de las nanobarras. Al realizar hasta siete reacciones secuenciales con varios metales diferentes, pueden crear un verdadero arcoíris de partículas:mayores de 65 años, Son posibles 000 combinaciones diferentes de materiales de sulfuro metálico.

"La verdadera belleza de nuestro método es su sencillez, "dijo Benjamin C. Steimle, estudiante de posgrado en Penn State y primer autor del artículo. "Solía ​​llevar meses o años fabricar incluso un tipo de nanopartícula que contiene varios materiales diferentes. Hace dos años estábamos realmente emocionados de poder hacer 47 nanopartículas de sulfuro metálico diferentes utilizando una versión anterior de este enfoque. Ahora que hemos hizo algunos avances importantes y aprendió más sobre estos sistemas, podemos ir mucho más allá de lo que nadie ha podido hacer antes. Ahora podemos producir nanopartículas con una complejidad antes inimaginable simplemente controlando la temperatura y la concentración, todo utilizando material de vidrio de laboratorio estándar y principios cubiertos en un curso de Introducción a la Química ".

"El otro aspecto realmente interesante de este trabajo es que es racional y escalable, ", dijo Schaak." Porque entendemos cómo funciona todo, podemos identificar una nanopartícula muy compleja, planifica una manera de hacerlo, y luego ir al laboratorio y hacerlo con bastante facilidad. Y, estas partículas se pueden preparar en cantidades útiles. En principio, ahora podemos hacer lo que queramos y tanto como queramos. Todavía hay limitaciones por supuesto, no podemos esperar hasta que podamos hacer esto con más tipos de materiales, pero incluso con lo que tenemos ahora, cambia la forma en que pensamos sobre lo que es posible hacer ".