Una innovadora adición a la "caja de herramientas" del químico

Los investigadores inventan un material de arcilla programable y un "bloque de construcción" para avanzar en los descubrimientos en química, ingeniería y otros campos científicos

26.07.2023 - Estados Unidos

"Imagínese una pelota de koosh en la que los miles de hilos de goma que salen del núcleo de la pelota llevan en el extremo una perla cargada eléctricamente", explica Gary Baker, coinvestigador principal del proyecto y profesor asociado de la Universidad de Missouri (imagen simbólica)....

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Los materiales microscópicos de arcilla diseñados por investigadores de la Universidad de Missouri podrían ser clave para el futuro de la química de materiales sintéticos. Al permitir a los científicos producir capas químicas hechas a medida para realizar tareas específicas en función de los objetivos de cada investigador, estos materiales llamados nanoarcillas pueden utilizarse en una amplia variedad de aplicaciones, como el campo de la medicina o las ciencias medioambientales.

Una parte fundamental del material es su superficie cargada eléctricamente, explicó Gary Baker, coinvestigador principal del proyecto y profesor asociado del Departamento de Química.

"Imagínese una pelota de koosh en la que los miles de hilos de caucho que salen del núcleo de la pelota llevan una perla cargada eléctricamente en el extremo", explica Baker. "Es análogo a un imán: las cosas con carga positiva se adhieren a las negativas. Por ejemplo, las nanoarcillas con carga positiva podrían atraer a un grupo de sustancias químicas fluoradas nocivas conocidas como PFAS, o "sustancias químicas para siempre", que tienen carga negativa. O, si la nanoarcilla tiene carga negativa, puede adherirse a iones de metales pesados como el cadmio, que tienen carga positiva, y ayudar a eliminarlos de una masa de agua contaminada".

Además de la carga eléctrica, cada nanoarcilla puede personalizarse con distintos componentes químicos, como mezclando y combinando diferentes partes. Esto las hace utilizables en el diseño de sensores de diagnóstico para imágenes biomédicas o detección de explosivos y artefactos.

"Esencialmente, estos nanoarcillas representan bloques de construcción químicos diseñados con funciones específicas que se ensamblan en láminas microscópicas bidimensionales extremadamente finas, más finas que una hebra de ADN humano y 100.000 veces más finas que una hoja de papel", explica Baker. "Podemos personalizar la función y la forma de los componentes químicos que se presentan en la superficie de la nanoarcilla para fabricar lo que queramos construir. Sólo hemos expuesto la punta del iceberg de lo que pueden hacer estos materiales".

Los materiales bidimensionales son muy codiciados porque pueden recubrir superficialmente el exterior de un objeto voluminoso con una capa fina y conforme e introducir propiedades superficiales completamente distintas a las del objeto que hay debajo.

"Mezclando y combinando unas pocas 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 un abanico más amplio de aplicaciones", afirma Baker.

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Publicación original

Nathaniel E. Larm et al.; Surface Programmable Polycationic Nanoclay Supports Yielding 100,000 per Hour Turnover Frequencies for a Nanocatalyzed Canonical Nitroarene Reduction; ACS Appl. Eng. Mater. 2023

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