Las buckyballs de oro y las "semillas" de nanopartículas son la misma cosa
Un laboratorio de Rice descubre que las nanopartículas de uso común son primas de las buckyballs originales
Químicos de la Universidad Rice han descubierto que las diminutas partículas "semilla" de oro, un ingrediente clave en una de las recetas más comunes de nanopartículas, son una y la misma cosa que las buckyballs de oro, moléculas esféricas de 32 átomos que son primas de las buckyballs de carbono descubiertas en Rice en 1985.
Las buckyballs de carbono son moléculas huecas de 60 átomos codescubiertas y bautizadas por el químico Richard Smalley. Las apodó "buckminsterfullerenos" porque su estructura atómica le recordaba a las cúpulas geodésicas del arquitecto Buckminster Fuller, y la familia de los "fullerenos" ha crecido hasta incluir docenas de moléculas huecas.
En 2019, los químicos de Rice Matthew Jones y Liang Qiao descubrieron que los fullerenos dorados son las partículas "semilla" de oro que los químicos han utilizado durante mucho tiempo para fabricar nanopartículas de oro. El hallazgo se produjo solo unos meses después de la primera síntesis reportada de buckyballs de oro, y reveló que los químicos habían estado usando las moléculas doradas sin saberlo durante décadas.
"De lo que estamos hablando es, posiblemente, del método más omnipresente para generar cualquier nanomaterial", afirma Jones. "Y la razón es que es increíblemente sencillo. No se necesita equipo especializado. Los estudiantes de secundaria pueden hacerlo".
Jones, Qiao y coautores de Rice, la Universidad Johns Hopkins, la Universidad George Mason y la Universidad de Princeton pasaron años recopilando pruebas para verificar el descubrimiento y recientemente publicaron sus resultados en Nature Communications.
Jones, profesor adjunto de química y ciencia de los materiales y nanoingeniería en Rice, dijo que el conocimiento de que las nanopartículas de oro se sintetizan a partir de moléculas podría ayudar a los químicos a descubrir los mecanismos de esas síntesis.
"Ése es el panorama general de la importancia de este trabajo", afirmó.
Jones dijo que los investigadores descubrieron a principios de la década de 2000 cómo utilizar partículas semilla de oro en síntesis químicas que producían muchas formas de nanopartículas de oro, incluidas varillas, cubos y pirámides.
"Es realmente atractivo poder controlar la forma de las partículas, porque eso cambia muchas de sus propiedades", dijo Jones. "Ésta es la síntesis que utiliza casi todo el mundo. Se lleva utilizando 20 años y, durante todo ese tiempo, estas semillas se describían simplemente como 'partículas'".
Jones y Qiao, un antiguo investigador postdoctoral en el laboratorio de Jones, no estaban buscando oro-32 en 2019, pero lo notaron en las lecturas de espectrometría de masas. El descubrimiento de las buckyballs de carbono-60 se produjo de forma similar. Y las coincidencias no acaban ahí. Jones es el Profesor Adjunto de Química Norman y Gene Hackerman en Rice. Smalley, que compartió el Premio Nobel de Química de 1996 con Robert Curl, de Rice, y Harold Kroto, del Reino Unido, fue catedrático Hackerman de Química en Rice durante muchos años antes de su muerte en 2005.
Confirmar que las semillas ampliamente utilizadas eran moléculas de oro-32 en lugar de nanopartículas llevó años de esfuerzo, incluyendo la obtención de imágenes de última generación por parte del grupo de investigación de Yimo Han en Rice y análisis teóricos detallados por parte de los grupos de Rigoberto Hernández en Johns Hopkins y Andre Clayborne en George Mason.
Jones señaló que la distinción entre nanopartícula y molécula es importante y clave para comprender el impacto potencial del estudio.
"Las nanopartículas suelen tener un tamaño y una forma similares, pero no son idénticas", explicó Jones. "Si hago un lote de nanopartículas esféricas de oro de 7 nanómetros, algunas de ellas tendrán exactamente 10.000 átomos, pero otras podrían tener 10.023 o 9.092".
"En cambio, las moléculas son perfectas", explica. "Puedo escribir la fórmula de una molécula. Puedo dibujar una molécula. Y si hago una solución de moléculas, todas son exactamente iguales en número, tipo y conectividad de sus átomos".
Jones dijo que los nanocientíficos han aprendido a sintetizar muchas nanopartículas útiles, pero los avances se han producido a menudo por ensayo y error porque "prácticamente no existe una comprensión mecanicista" de su síntesis.
"El problema es muy sencillo", afirma. "Es como decir: 'Quiero que me hagas una tarta y te voy a dar un montón de polvos blancos, pero no te voy a decir qué son'. Aunque tengas una receta, si no sabes cuáles son los materiales de partida, es una pesadilla averiguar qué ingredientes hacen qué".
"Quiero que la nanociencia sea como la química orgánica, en la que se puede hacer lo que se quiera, con las propiedades que se quieran", dijo Jones.
Dijo que los químicos orgánicos tienen un control exquisito sobre la materia "porque los químicos que les precedieron hicieron un trabajo mecanicista increíblemente detallado para entender todas las formas precisas en que operan esas reacciones. Estamos muy, muy lejos de eso en nanociencia, pero la única forma de llegar a ese punto es haciendo trabajos como éste y comprendiendo, desde el punto de vista mecánico, de qué partimos y cómo se forman las cosas. Ese es el objetivo final".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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