Los materiales microscópicos hechos de arcilla, diseñados por investigadores de la Universidad de Missouri, podrían ser clave para el futuro de la química de los materiales sintéticos. Al permitir a los científicos producir capas químicas hechas a medida para realizar tareas específicas basadas en los objetivos de cada investigador individual, estos materiales, llamados nanoarcillas, se pueden utilizar en una amplia variedad de aplicaciones, incluido el campo médico o las ciencias ambientales.

Un artículo que describe esta investigación se publica en la revista ACS Applied Engineering Materials. .

Una parte fundamental del material es su superficie cargada eléctricamente, afirmó Gary Baker, co-investigador principal del proyecto y profesor asociado en el Departamento de Química.

"Imagínese una pelota koosh donde los miles de hilos de goma que irradian desde el núcleo de la pelota tienen cada uno una cuenta cargada eléctricamente en el extremo", dijo Baker.

"Es análogo a un imán:las cosas cargadas positivamente se adhieren a las cosas cargadas negativamente. Por ejemplo, las nanoarcillas cargadas positivamente podrían atraer un grupo de sustancias químicas fluoradas dañinas conocidas como PFAS, o 'sustancias químicas para siempre', que están cargadas negativamente. O, haciendo La nanoarcilla cargada negativamente puede adherirse a elementos como iones de metales pesados ​​como el cadmio, que están cargados positivamente, y ayudar a eliminarlos de una masa de agua contaminada".

Además de la carga eléctrica, cada nanoarcilla se puede personalizar con diferentes componentes químicos, como mezclar y combinar diferentes partes. Esto los hace utilizables en el diseño de sensores de diagnóstico para imágenes biomédicas o detección de explosivos y municiones.

"Esencialmente, estas nanoarcillas representan bloques de construcción químicos diseñados con funciones específicas que se ensamblan en láminas microscópicas bidimensionales extremadamente delgadas:más delgadas que una hebra de ADN humano y 100.000 veces más delgadas que una hoja de papel", dijo Baker.

"Podemos personalizar la función y la forma de los componentes químicos presentados en la superficie de la nanoarcilla para hacer lo que queramos construir. Acabamos de exponer la punta del iceberg de lo que estos materiales pueden hacer".

Los materiales bidimensionales son muy buscados porque pueden cubrir superficialmente el exterior de un objeto voluminoso con una capa delgada y conformable e introducir propiedades superficiales completamente diferentes a las del objeto que se encuentra debajo.

"Al mezclar y combinar algunas cosas, como diferentes iones o nanopartículas de oro, podemos diseñar rápidamente una química que nunca antes había existido, y cuanto más la adaptamos, más se abre una gama más amplia de aplicaciones", afirmó Baker.

Los coautores del estudio son Nathaniel Larm de la Academia Naval de los Estados Unidos, Durgesh Wagle de la Universidad de la Costa del Golfo de Florida y Piyuni Ishtaweera y Angira Roy de MU.

Más información: Nathaniel E. Larm et al, La nanoarcilla policatiónica programable en superficie admite frecuencias de rotación de 100 000 por hora para una reducción de nitroareno canónico nanocatalizada, Materiales de ingeniería aplicada ACS (2023). DOI:10.1021/acsaenm.3c00243

Proporcionado por la Universidad de Missouri