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Nanomateriales

Los nanomateriales describen, en principio, materiales cuyas unidades individuales tienen un tamaño (en al menos una dimensión) de entre 1 y 100 nm (la definición habitual de nanoescala [1] ).

La investigación de nanomateriales adopta un enfoque de la nanotecnología basado en la ciencia de los materiales , aprovechando los avances en metrología y síntesis de materiales que se han desarrollado en apoyo de la investigación de microfabricación . Los materiales con estructura a nanoescala suelen tener propiedades ópticas, electrónicas, termofísicas o mecánicas únicas. [2] [3] [4]

Los nanomateriales se están comercializando lentamente [5] y comienzan a emerger como productos básicos. [6]

Definición

En ISO/TS 80004 , nanomaterial se define como el "material con cualquier dimensión externa en la nanoescala o que tiene una estructura interna o estructura superficial en la nanoescala", y la nanoescala se define como el "rango de longitud aproximadamente de 1 nm a 100 nm". Esto incluye tanto los nanoobjetos , que son piezas discretas de material, como los materiales nanoestructurados , que tienen una estructura interna o superficial a nanoescala; un nanomaterial puede ser miembro de ambas categorías. [7]

El 18 de octubre de 2011, la Comisión Europea adoptó la siguiente definición de nanomaterial: [8]

Un material natural, incidental o manufacturado que contiene partículas, en estado libre o como agregado o aglomerado y para el 50% o más de las partículas en la distribución numérica de tamaño, una o más dimensiones externas están en el rango de tamaño de 1 nm. 100 nm. En casos específicos y cuando lo justifiquen motivos de preocupación por el medio ambiente, la salud, la seguridad o la competitividad, el umbral de distribución del tamaño del número del 50 % podrá sustituirse por un umbral de entre el 1 % y el 50 %.

Fuentes

Diseñado

Los nanomateriales diseñados han sido diseñados y fabricados deliberadamente por humanos para tener ciertas propiedades requeridas. [4] [9]

Los nanomateriales heredados son aquellos que estaban en producción comercial antes del desarrollo de la nanotecnología como avances incrementales sobre otros materiales coloidales o particulados. [10] [11] [12] Incluyen nanopartículas de negro de carbón y dióxido de titanio . [13]

Incidental

Los nanomateriales pueden producirse involuntariamente como subproducto de procesos mecánicos o industriales mediante combustión y vaporización. Las fuentes de nanopartículas incidentales incluyen los gases de escape de los motores de los vehículos, los humos de fundición, los humos de soldadura y los procesos de combustión de la calefacción y la cocina domésticas con combustibles sólidos. Por ejemplo, la clase de nanomateriales llamados fullerenos se genera quemando gas, biomasa y velas. [14] También puede ser un subproducto de productos de desgaste y corrosión. [15] Las nanopartículas atmosféricas incidentales a menudo se denominan partículas ultrafinas , que se producen involuntariamente durante una operación intencional y podrían contribuir a la contaminación del aire . [16] [17]

Natural

Los sistemas biológicos suelen incluir nanomateriales naturales y funcionales. La estructura de los foraminíferos (principalmente tiza) y de los virus (proteínas, cápside ), los cristales de cera que cubren una hoja de loto o capuchina , la seda de arañas y ácaros, [18] el tono azul de las tarántulas, [19] las "espátulas" de La planta de las patas de los geckos , algunas escamas de las alas de las mariposas , los coloides naturales ( leche , sangre ), los materiales córneos ( piel , garras , picos , plumas , cuernos , pelo ), el papel , el algodón , el nácar , los corales e incluso nuestra propia matriz ósea son Todos los nanomateriales orgánicos naturales .

Los nanomateriales inorgánicos naturales se producen a través del crecimiento de cristales en las diversas condiciones químicas de la corteza terrestre . Por ejemplo, las arcillas muestran nanoestructuras complejas debido a la anisotropía de su estructura cristalina subyacente, y la actividad volcánica puede dar lugar a ópalos , que son un ejemplo de cristales fotónicos naturales debido a su estructura a nanoescala. Los incendios representan reacciones particularmente complejas y pueden producir pigmentos , cemento , sílice pirógena , etc.

Las fuentes naturales de nanopartículas incluyen productos de combustión de incendios forestales, cenizas volcánicas, salpicaduras de océano y la desintegración radiactiva del gas radón . Los nanomateriales naturales también pueden formarse mediante procesos de erosión de rocas que contienen metales o aniones, así como en sitios de drenaje ácido de minas . [dieciséis]

Galería de nanomateriales naturales

Tipos

Los nanomateriales a menudo se clasifican según cuántas de sus dimensiones caen en la nanoescala. Una nanopartícula se define como un nanoobjeto con las tres dimensiones externas en la nanoescala, cuyos ejes más largo y más corto no difieren significativamente. Una nanofibra tiene dos dimensiones externas en la nanoescala: los nanotubos son nanofibras huecas y las nanobarras son nanofibras sólidas. Una nanoplaca/nanohoja tiene una dimensión externa en la nanoescala, [20] y si las dos dimensiones más grandes son significativamente diferentes se llama nanocinta . Para las nanofibras y las nanoplacas, las otras dimensiones pueden estar o no en la nanoescala, pero deben ser significativamente mayores. En todos estos casos, se observa que una diferencia significativa suele ser al menos un factor de 3. [21]

Los materiales nanoestructurados a menudo se clasifican según las fases de la materia que contienen. Un nanocompuesto es un sólido que contiene al menos una región o conjunto de regiones física o químicamente distinta, que tiene al menos una dimensión en la nanoescala. Una nanoespuma tiene una matriz líquida o sólida, llena de una fase gaseosa, donde una de las dos fases tiene dimensiones en la nanoescala. Un material nanoporoso es un material sólido que contiene nanoporos , huecos en forma de poros abiertos o cerrados de escalas de longitud submicrónicas. Un material nanocristalino tiene una fracción significativa de granos de cristal en la nanoescala. [22]

Materiales nanoporosos

El término materiales nanoporosos contiene subconjuntos de materiales microporosos y mesoporosos. Los materiales microporosos son materiales porosos con un tamaño medio de poro inferior a 2 nm, mientras que los materiales mesoporosos son aquellos con tamaños de poro en la región de 2 a 50 nm. [23] Los materiales microporosos exhiben tamaños de poro con una escala de longitud comparable a la de las moléculas pequeñas. Por esta razón, dichos materiales pueden tener aplicaciones valiosas, incluidas las membranas de separación. Los materiales mesoporosos son interesantes para aplicaciones que requieren áreas superficiales específicas elevadas, al tiempo que permiten la penetración de moléculas que pueden ser demasiado grandes para entrar en los poros de un material microporoso. En algunas fuentes, los materiales nanoporosos y la nanoespuma a veces se consideran nanoestructuras pero no nanomateriales porque sólo los huecos y no los materiales en sí son nanoescala. [24] Aunque la definición ISO sólo considera nanopartículas los nanoobjetos redondos , otras fuentes utilizan el término nanopartícula para todas las formas. [25]

Nanopartículas

Las nanopartículas tienen las tres dimensiones en la nanoescala. Las nanopartículas también se pueden incrustar en un sólido a granel para formar un nanocompuesto. [24]

fullerenos

Los fullerenos son una clase de alótropos del carbono que conceptualmente son láminas de grafeno enrolladas en tubos o esferas. Entre ellos se incluyen los nanotubos de carbono (o nanotubos de silicio ), que resultan interesantes tanto por su resistencia mecánica como por sus propiedades eléctricas. [26]

Vista giratoria del C 60 , un tipo de fullereno

La primera molécula de fullereno descubierta, y homónima de la familia, el buckminsterfullereno (C 60 ), fue preparada en 1985 por Richard Smalley , Robert Curl , James Heath , Sean O'Brien y Harold Kroto en la Universidad Rice . El nombre era un homenaje a Buckminster Fuller , a cuyas cúpulas geodésicas se parece. Desde entonces se ha descubierto que los fullerenos se encuentran en la naturaleza. [27] Más recientemente, se han detectado fullerenos en el espacio exterior. [28]

Durante la última década, las propiedades químicas y físicas de los fullerenos han sido un tema candente en el campo de la investigación y el desarrollo, y es probable que sigan siéndolo durante mucho tiempo. En abril de 2003, los fullerenos estaban en estudio para su posible uso medicinal : uniendo antibióticos específicos a la estructura de bacterias resistentes e incluso atacando ciertos tipos de células cancerosas como el melanoma . La edición de octubre de 2005 de Chemistry and Biology contiene un artículo que describe el uso de fullerenos como agentes antimicrobianos activados por luz . En el campo de la nanotecnología , la resistencia al calor y la superconductividad se encuentran entre las propiedades que atraen una intensa investigación.

Un método común utilizado para producir fullerenos es enviar una gran corriente entre dos electrodos de grafito cercanos en una atmósfera inerte. El arco de plasma de carbono resultante entre los electrodos se enfría formando un residuo de hollín del que se pueden aislar muchos fullerenos.

Son muchos los cálculos que se han realizado utilizando Métodos Cuánticos ab-initio aplicados a fullerenos. Mediante los métodos DFT y TDDFT se pueden obtener espectros IR , Raman y UV . Los resultados de tales cálculos se pueden comparar con resultados experimentales.

Nanopartículas a base de metales

Los nanomateriales inorgánicos (por ejemplo, puntos cuánticos , [29] nanocables y nanobarras ) podrían utilizarse en optoelectrónica debido a sus interesantes propiedades ópticas y eléctricas . [30] Además, las propiedades ópticas y electrónicas de los nanomateriales, que dependen de su tamaño y forma, pueden ajustarse mediante técnicas sintéticas. Existen posibilidades de utilizar esos materiales en dispositivos optoelectrónicos basados ​​en material orgánico, como células solares orgánicas , OLED , etc. Los principios operativos de dichos dispositivos se rigen por procesos fotoinducidos como la transferencia de electrones y la transferencia de energía. El rendimiento de los dispositivos depende de la eficiencia del proceso fotoinducido responsable de su funcionamiento. Por lo tanto, es necesaria una mejor comprensión de esos procesos fotoinducidos en sistemas compuestos de nanomateriales orgánicos/inorgánicos para poder utilizarlos en dispositivos optoelectrónicos.

Las nanopartículas o nanocristales hechos de metales, semiconductores u óxidos son de particular interés por sus propiedades mecánicas, eléctricas, magnéticas, ópticas, químicas y de otro tipo. [31] [32] Las nanopartículas se han utilizado como puntos cuánticos y como catalizadores químicos , como los catalizadores basados ​​en nanomateriales . Recientemente, se investiga exhaustivamente una variedad de nanopartículas para aplicaciones biomédicas , incluida la ingeniería de tejidos , la administración de fármacos y los biosensores . [33] [34]

Las nanopartículas son de gran interés científico ya que son efectivamente un puente entre los materiales a granel y las estructuras atómicas o moleculares . Un material a granel debería tener propiedades físicas constantes independientemente de su tamaño, pero a escala nanométrica este no suele ser el caso. Se observan propiedades dependientes del tamaño, como el confinamiento cuántico en partículas semiconductoras , la resonancia de plasmón superficial en algunas partículas metálicas y el superparamagnetismo en materiales magnéticos .

Las nanopartículas exhiben una serie de propiedades especiales en relación con el material a granel. Por ejemplo, la flexión del cobre a granel (alambre, cinta, etc.) se produce con el movimiento de átomos/grupos de cobre en aproximadamente la escala de 50 nm. Las nanopartículas de cobre de menos de 50 nm se consideran materiales súper duros que no exhiben la misma maleabilidad y ductilidad que el cobre a granel. El cambio de propiedades no siempre es deseable. Los materiales ferroeléctricos de menos de 10 nm pueden cambiar su dirección de polarización utilizando energía térmica a temperatura ambiente, haciéndolos inútiles para el almacenamiento de memoria. Las suspensiones de nanopartículas son posibles porque la interacción de la superficie de la partícula con el solvente es lo suficientemente fuerte como para superar las diferencias de densidad , que generalmente resultan en que un material se hunda o flote en un líquido. Las nanopartículas suelen tener propiedades visuales inesperadas porque son lo suficientemente pequeñas como para confinar sus electrones y producir efectos cuánticos. Por ejemplo, las nanopartículas de oro aparecen de color rojo intenso a negro en solución.

La relación superficie-volumen, a menudo muy alta, de las nanopartículas proporciona una tremenda fuerza impulsora para la difusión , especialmente a temperaturas elevadas. La sinterización es posible a temperaturas más bajas y durante períodos más cortos que para partículas más grandes. En teoría, esto no afecta la densidad del producto final, aunque las dificultades de flujo y la tendencia de las nanopartículas a aglomerarse complican las cosas. Los efectos superficiales de las nanopartículas también reducen la incipiente temperatura de fusión .

Nanoestructuras unidimensionales

Los alambres cristalinos más pequeños posibles, con una sección transversal tan pequeña como la de un solo átomo, pueden diseñarse en confinamiento cilíndrico. [35] [36] [37] Los nanotubos de carbono , una nanoestructura natural semi-1D, se pueden utilizar como plantilla para la síntesis. El confinamiento proporciona estabilización mecánica y evita la desintegración de las cadenas atómicas lineales; Se predice que otras estructuras de nanocables 1D serán mecánicamente estables incluso tras el aislamiento de las plantillas. [36] [37]

Nanoestructuras bidimensionales

Los materiales 2D son materiales cristalinos que constan de una única capa bidimensional de átomos. El grafeno representativo más importante se descubrió en 2004. Las películas delgadas con espesores a nanoescala se consideran nanoestructuras, pero a veces no se consideran nanomateriales porque no existen separadas del sustrato. [24] [38]

Materiales nanoestructurados a granel.

Algunos materiales a granel contienen características a nanoescala, incluidos nanocompuestos , materiales nanocristalinos , películas nanoestructuradas y superficies nanotexturizadas . [24]

La nanoestructura de grafeno en forma de caja (BSG) es un ejemplo de nanomaterial 3D. [39] La nanoestructura BSG apareció después de la escisión mecánica del grafito pirolítico . Esta nanoestructura es un sistema multicapa de nanocanales huecos paralelos ubicados a lo largo de la superficie y que tienen una sección transversal cuadrangular. El espesor de las paredes del canal es aproximadamente igual a 1 nm. La anchura típica de las facetas del canal compone aproximadamente 25 nm.

Aplicaciones

Los nanomateriales se utilizan en una variedad de procesos de fabricación, productos y atención médica, incluidas pinturas , filtros , aislamientos y aditivos lubricantes . En el sector sanitario, las nanozimas son nanomateriales con características similares a las de las enzimas. [40] Son un tipo emergente de enzima artificial , que se ha utilizado para amplias aplicaciones en biodetección, bioimagen, diagnóstico de tumores, [41] antibioincrustaciones y más. Se pueden producir filtros de alta calidad utilizando nanoestructuras, estos filtros son capaces de eliminar partículas tan pequeñas como un virus, como se ve en un filtro de agua creado por Seldon Technologies. Recientemente se ha propuesto un biorreactor de membrana de nanomateriales (NMs-MBR), la próxima generación de MBR convencional , para el tratamiento avanzado de aguas residuales. [42] En el campo de la purificación del aire, la nanotecnología se utilizó para combatir la propagación del MERS en hospitales de Arabia Saudita en 2012. [43] Los nanomateriales se están utilizando en tecnologías de aislamiento modernas y seguras para los humanos; En el pasado se encontraban en aislamientos a base de amianto . [44] [ ¿ fuente poco confiable? ] Como aditivo lubricante, los nanomateriales tienen la capacidad de reducir la fricción en las piezas móviles. Las piezas desgastadas y corroídas también se pueden reparar con nanopartículas anisotrópicas autoensamblables llamadas TriboTEX. [43] Los nanomateriales también se han aplicado en una variedad de industrias y productos de consumo. Se han utilizado nanopartículas minerales como el óxido de titanio para mejorar la protección UV en los protectores solares . En la industria del deporte, se han producido bates más ligeros con nanotubos de carbono para mejorar el rendimiento. Otra aplicación es en el ejército, donde se han utilizado nanopartículas de pigmentos móviles para crear un camuflaje más eficaz. Los nanomateriales también se pueden utilizar en aplicaciones de catalizadores de tres vías (TWC). Los convertidores TWC tienen la ventaja de controlar la emisión de óxidos de nitrógeno (NO x ), que son precursores de la lluvia ácida y el smog. [45] En la estructura núcleo-cubierta, los nanomateriales forman una cubierta como soporte del catalizador para proteger los metales nobles como el paladio y el rodio. [46] La función principal es que los soportes se pueden usar para transportar componentes activos de catalizadores, haciéndolos altamente dispersos, reduciendo el uso de metales nobles, mejorando la actividad de los catalizadores y potencialmente mejorando la estabilidad. [47]

Síntesis

El objetivo de cualquier método sintético para nanomateriales es producir un material que exhiba propiedades que sean el resultado de que su escala de longitud característica esté en el rango nanométrico (1 – 100 nm). En consecuencia, el método sintético debe exhibir control de tamaño en este rango para que se pueda lograr una propiedad u otra. A menudo, los métodos se dividen en dos tipos principales: "de abajo hacia arriba" y "de arriba hacia abajo".

Métodos ascendentes

Los métodos ascendentes implican el ensamblaje de átomos o moléculas en conjuntos nanoestructurados. En estos métodos, las fuentes de materia prima pueden estar en forma de gases, líquidos o sólidos. Estos últimos requieren algún tipo de desmontaje previo a su incorporación a una nanoestructura. Los métodos ascendentes generalmente se dividen en dos categorías: caóticos y controlados.

Los procesos caóticos implican elevar los átomos o moléculas constituyentes a un estado caótico y luego cambiar repentinamente las condiciones para volver ese estado inestable. A través de la manipulación inteligente de cualquier número de parámetros, los productos se forman en gran medida como resultado de la cinética de aseguramiento. El colapso del estado caótico puede ser difícil o imposible de controlar, por lo que las estadísticas de conjunto a menudo gobiernan la distribución de tamaño resultante y el tamaño promedio. En consecuencia, la formación de nanopartículas se controla mediante la manipulación del estado final de los productos. Ejemplos de procesos caóticos son la ablación por láser, [48] explosión de alambre, arco, pirólisis con llama, combustión, [49] y técnicas de síntesis por precipitación.

Los procesos controlados implican la entrega controlada de los átomos o moléculas constituyentes al sitio o sitios de formación de nanopartículas, de modo que la nanopartícula pueda crecer hasta tamaños prescritos de manera controlada. Generalmente, el estado de los átomos o moléculas constituyentes nunca está lejos del necesario para la formación de nanopartículas. En consecuencia, la formación de nanopartículas se controla mediante el control del estado de los reactivos. Ejemplos de procesos controlados son la solución de crecimiento autolimitada, la deposición química de vapor autolimitada , las técnicas de láser de femtosegundo de pulso moldeado, los enfoques vegetales y microbianos [50] y la epitaxia de haz molecular .

Métodos de arriba hacia abajo

Los métodos de arriba hacia abajo adoptan cierta "fuerza" (por ejemplo, fuerza mecánica, láser) para romper los materiales a granel en nanopartículas. Un método popular que consiste en descomponer mecánicamente materiales a granel en nanomateriales es el "molino de bolas". Además de eso, las nanopartículas también se pueden fabricar mediante ablación láser que aplica láseres de pulso corto (por ejemplo, láser de femtosegundo) para extirpar un objetivo (sólido). [48]

Caracterización

Pueden ocurrir efectos novedosos en los materiales cuando se forman estructuras con tamaños comparables a cualquiera de las muchas escalas de longitud posibles , como la longitud de onda de De Broglie de los electrones o las longitudes de onda ópticas de los fotones de alta energía. En estos casos, los efectos de la mecánica cuántica pueden dominar las propiedades de los materiales. Un ejemplo es el confinamiento cuántico , donde las propiedades electrónicas de los sólidos se alteran con grandes reducciones en el tamaño de las partículas. Las propiedades ópticas de las nanopartículas, por ejemplo la fluorescencia , también dependen del diámetro de las partículas. Este efecto no se produce al pasar de dimensiones macrosocópicas a micrométricas, sino que se acentúa cuando se alcanza la escala nanométrica.

Además de las propiedades ópticas y electrónicas, las nuevas propiedades mecánicas de muchos nanomateriales son objeto de investigación en nanomecánica . Cuando se añaden a un material a granel, las nanopartículas pueden influir fuertemente en las propiedades mecánicas del material, como la rigidez o la elasticidad. Por ejemplo, los polímeros tradicionales pueden reforzarse con nanopartículas (como los nanotubos de carbono ), lo que da como resultado nuevos materiales que pueden utilizarse como sustitutos ligeros de los metales. Dichos materiales compuestos pueden permitir una reducción de peso acompañada de un aumento de la estabilidad y una funcionalidad mejorada. [51]

Finalmente, los materiales nanoestructurados con tamaño de partícula pequeño, como las zeolitas y el amianto , se utilizan como catalizadores en una amplia gama de reacciones químicas industriales críticas. Un mayor desarrollo de estos catalizadores puede constituir la base para procesos químicos más eficientes y respetuosos con el medio ambiente.

Las primeras observaciones y mediciones del tamaño de nanopartículas se realizaron durante la primera década del siglo XX. Zsigmondy realizó estudios detallados de soles de oro y otros nanomateriales con tamaños de hasta 10 nm y menos. Publicó un libro en 1914. [52] Utilizó un ultramicroscopio que emplea un método de campo oscuro para ver partículas con tamaños mucho menores que la longitud de onda de la luz .

Existen técnicas tradicionales desarrolladas durante el siglo XX en la ciencia de interfaces y coloides para caracterizar nanomateriales. Estos se utilizan ampliamente para los nanomateriales pasivos de primera generación que se especifican en la siguiente sección.

Estos métodos incluyen varias técnicas diferentes para caracterizar la distribución del tamaño de partículas . Esta caracterización es imperativa porque muchos materiales que se espera que sean de tamaño nanométrico en realidad están agregados en soluciones. Algunos de los métodos se basan en la dispersión de la luz . Otros aplican ultrasonidos , como la espectroscopia de atenuación de ultrasonidos para probar nanodispersiones y microemulsiones concentradas. [53]

También existe un grupo de técnicas tradicionales para caracterizar la carga superficial o potencial zeta de nanopartículas en soluciones. Esta información es necesaria para la adecuada estabilización del sistema, evitando su agregación o floculación . Estos métodos incluyen microelectroforesis , dispersión de luz electroforética y electroacústica . El último, por ejemplo el método de corriente de vibración coloidal, es adecuado para caracterizar sistemas concentrados.

Propiedades mecánicas

Las investigaciones en curso han demostrado que las propiedades mecánicas pueden variar significativamente en los nanomateriales en comparación con el material a granel. Los nanomateriales tienen propiedades mecánicas sustanciales debido al volumen, la superficie y los efectos cuánticos de las nanopartículas. Esto se observa cuando las nanopartículas se añaden a material a granel común, el nanomaterial refina el grano y forma estructuras intergranulares e intragranulares que mejoran los límites de los granos y, por tanto, las propiedades mecánicas de los materiales. [ cita necesaria ] El refinamiento de los límites de grano proporciona fortalecimiento al aumentar la tensión requerida para causar fracturas intergranulares o transgranulares. Un ejemplo común donde esto se puede observar es la adición de nanosílice al cemento, que mejora la resistencia a la tracción, la resistencia a la compresión y la resistencia a la flexión mediante los mecanismos que acabamos de mencionar. La comprensión de estas propiedades mejorará el uso de nanopartículas en aplicaciones novedosas en diversos campos, como la ingeniería de superficies, la tribología, la nanofabricación y la nanofabricación.

Técnicas utilizadas:

Steinitz utilizó en 1943 la técnica de microindentación para probar la dureza de las micropartículas, y ahora se ha empleado la nanoindentación para medir las propiedades elásticas de las partículas a un nivel de aproximadamente 5 micrones. [54] Estos protocolos se utilizan con frecuencia para calcular las características mecánicas de las nanopartículas mediante técnicas de microscopía de fuerza atómica (AFM). Para medir el módulo elástico; Los datos de indentación se obtienen mediante la conversión de las curvas de fuerza-desplazamiento del AFM en curvas de fuerza-indentación. La ley de Hooke se utiliza para determinar la deformación del voladizo y la profundidad de la punta y, en conclusión, la ecuación de presión se puede escribir como: [55]

P=k (ẟc - ẟc0) [56]

ẟc: deformación en voladizo

ẟc0: compensación de desviación

AFM nos permite obtener una imagen de alta resolución de múltiples tipos de superficies mientras que la punta del voladizo se puede utilizar para obtener información sobre propiedades mecánicas. Las simulaciones por computadora también se están utilizando progresivamente para probar teorías y complementar los estudios experimentales. El método informático más utilizado es la simulación de dinámica molecular, [57] que utiliza las ecuaciones de movimiento de Newton para los átomos o moléculas del sistema. Otras técnicas, como el método de sonda directa, se utilizan para determinar las propiedades adhesivas de los nanomateriales. Tanto la técnica como la simulación se combinan con técnicas de microscopio electrónico de transmisión (TEM) y AFM para proporcionar resultados.

Propiedades mecánicas de clases comunes de nanomateriales:

Nanomateriales metálicos cristalinos : las dislocaciones son uno de los principales contribuyentes a las propiedades elásticas dentro de los nanomateriales similares a los materiales cristalinos en masa. A pesar de la visión tradicional de que no existen dislocaciones en los nanomateriales. Ramos, [58] un trabajo experimental ha demostrado que la dureza de las nanopartículas de oro es mucho mayor que la de sus contrapartes a granel, ya que se forman fallas de apilamiento y dislocaciones que activan múltiples mecanismos de fortalecimiento en el material. A través de estos experimentos, más investigaciones han demostrado que mediante técnicas de nanoindentación, [59] la resistencia del material; La tensión de compresión aumenta bajo compresión al disminuir el tamaño de las partículas, debido a las dislocaciones de nucleación. Estas dislocaciones se han observado utilizando técnicas TEM, junto con nanoindentación. La resistencia y dureza de las nanopartículas de silicio son cuatro veces mayores que el valor del material a granel. [56] La resistencia a la presión aplicada se puede atribuir a los defectos de las líneas dentro de las partículas, así como a una dislocación que fortalece las propiedades mecánicas del nanomaterial. Además, la adición de nanopartículas fortalece la matriz porque la fijación de partículas inhibe el crecimiento del grano. Esto refina el grano y, por tanto, mejora las propiedades mecánicas. [54] Sin embargo, no todas las adiciones de nanomateriales conducen a un aumento de las propiedades, por ejemplo del nano-Cu. Pero esto se atribuye a que las propiedades inherentes del material son más débiles que la matriz.

Nanopartículas y nanomateriales no metálicos:  El comportamiento de las propiedades mecánicas en función del tamaño aún no está claro en el caso de los nanomateriales poliméricos; sin embargo, en una investigación de Lahouij descubrieron que los módulos de compresión de las nanopartículas de poliestireno eran menores que los de sus homólogas a granel. Esto puede estar asociado con los grupos funcionales que están hidratados. [60] Además, los nanomateriales no metálicos pueden provocar la formación de aglomerados dentro de la matriz a la que se agregan y, por lo tanto, disminuir las propiedades mecánicas al provocar fracturas incluso bajo cargas mecánicas bajas, como la adición de CNT. Los aglomerados actuarán como planos de deslizamiento y como planos en los que las grietas pueden propagarse fácilmente (9). Sin embargo, la mayoría de los nanomateriales orgánicos son flexibles y éstas y sus propiedades mecánicas como la dureza, etc., no son dominantes. [60]

Nanocables y nanotubos : los módulos elásticos de algunos nanocables, como el plomo y la plata, disminuyen al aumentar el diámetro. Esto se ha asociado con la tensión superficial, la capa de oxidación y la rugosidad de la superficie. [61] Sin embargo, el comportamiento elástico de los nanocables de ZnO no se ve afectado por los efectos de la superficie, pero sí sus propiedades de fractura. Por lo tanto, generalmente depende también del comportamiento de los materiales y de su vinculación. [62]

La razón por la cual las propiedades mecánicas de los nanomateriales siguen siendo un tema candente para la investigación es que medir las propiedades mecánicas de las nanopartículas individuales es un método complicado que involucra múltiples factores de control. No obstante, la microscopía de fuerza atómica se ha utilizado ampliamente para medir las propiedades mecánicas de los nanomateriales.

Adhesión y fricción de nanopartículas.

Cuando se habla de la aplicación de un material, la adhesión y la fricción desempeñan un papel fundamental a la hora de determinar el resultado de la aplicación. Por lo tanto, es fundamental ver cómo estas propiedades también se ven afectadas por el tamaño de un material. Nuevamente, AFM es una técnica más utilizada para medir estas propiedades y determinar la fuerza adhesiva de las nanopartículas a cualquier superficie sólida, junto con la técnica de sonda coloidal y otras propiedades químicas. [63] Además, las fuerzas que desempeñan un papel en proporcionar estas propiedades adhesivas a los nanomateriales son las fuerzas electrostáticas, VdW, fuerzas capilares, fuerzas de solvatación, fuerzas estructurales, etc. Se ha descubierto que la adición de nanomateriales en materiales a granel aumenta sustancialmente sus capacidades adhesivas aumentando su fuerza a través de varios mecanismos de unión. [64] La dimensión de los nanomateriales se acerca a cero, lo que significa que aumenta la fracción de la superficie de la partícula con respecto a los átomos en general.

Junto con los efectos de la superficie, el movimiento de las nanopartículas también influye en sus propiedades mecánicas, como la capacidad de corte. El movimiento de partículas se puede observar bajo TEM. Por ejemplo, el comportamiento del movimiento del contacto dinámico de las nanopartículas de MoS2 [65] se observó directamente in situ, lo que llevó a la conclusión de que los fullerenos pueden cortarse al rodar o deslizarse. Sin embargo, observar estas propiedades vuelve a ser un proceso muy complicado debido a múltiples factores que contribuyen.

Aplicaciones específicas de Propiedades Mecánicas: [66]

Uniformidad

El procesamiento químico y la síntesis de componentes tecnológicos de alto rendimiento para el sector privado, industrial y militar requiere el uso de cerámicas , polimeras , vitrocerámicas y materiales compuestos de alta pureza . En los cuerpos condensados ​​formados a partir de polvos finos, los tamaños y formas irregulares de las nanopartículas en un polvo típico a menudo conducen a morfologías de empaquetamiento no uniformes que resultan en variaciones de densidad de empaquetamiento en el polvo compacto.

La aglomeración incontrolada de polvos debido a las fuerzas de atracción de Van der Waals también puede dar lugar a faltas de homogeneidad microestructural. Las tensiones diferenciales que se desarrollan como resultado de una contracción por secado no uniforme están directamente relacionadas con la velocidad a la que se puede eliminar el solvente y, por lo tanto, dependen en gran medida de la distribución de la porosidad . Tales tensiones se han asociado con una transición de plástico a frágil en cuerpos consolidados y pueden provocar la propagación de grietas en el cuerpo sin cocer si no se alivian. [67] [68] [69]

Además, cualquier fluctuación en la densidad del empaquetamiento en el compacto mientras se prepara para el horno a menudo se amplifica durante el proceso de sinterización , produciendo una densificación no homogénea. Se ha demostrado que algunos poros y otros defectos estructurales asociados con variaciones de densidad desempeñan un papel perjudicial en el proceso de sinterización al aumentar y, por tanto, limitar las densidades finales. También se ha demostrado que las tensiones diferenciales que surgen de una densificación no homogénea dan como resultado la propagación de grietas internas, convirtiéndose así en fallas que controlan la resistencia. [70] [71]

Por lo tanto, parecería deseable procesar un material de tal manera que sea físicamente uniforme con respecto a la distribución de componentes y porosidad, en lugar de usar distribuciones de tamaño de partículas que maximizarán la densidad verde. La contención de un conjunto uniformemente disperso de partículas que interactúan fuertemente en suspensión requiere un control total sobre las interacciones entre partículas. Varios dispersantes como el citrato de amonio (acuoso) y la imidazolina o el alcohol oleílico (no acuoso) son soluciones prometedoras como posibles aditivos para mejorar la dispersión y desaglomeración. Las nanopartículas monodispersas y los coloides proporcionan este potencial. [72]

Por lo tanto , los polvos monodispersos de sílice coloidal , por ejemplo, pueden estabilizarse suficientemente para asegurar un alto grado de orden en el cristal coloidal o en el sólido coloidal policristalino que resulta de la agregación. El grado de orden parece estar limitado por el tiempo y el espacio permitidos para establecer correlaciones de mayor alcance. Estas estructuras coloidales policristalinas defectuosas parecen ser los elementos básicos de la ciencia de los materiales coloidales submicrométricos y, por lo tanto, proporcionan el primer paso para desarrollar una comprensión más rigurosa de los mecanismos implicados en la evolución microestructural de materiales y componentes de alto rendimiento. [73] [74]

Nanomateriales en artículos, patentes y productos.

El análisis cuantitativo de nanomateriales mostró que nanopartículas, nanotubos, materiales nanocristalinos, nanocompuestos y grafeno se mencionaron en 400.000, 181.000, 144.000, 140.000 y 119.000 artículos indexados ISI, respectivamente, en septiembre de 2018. En lo que respecta a las patentes, Las nanopartículas, los nanotubos, los nanocompuestos, el grafeno y los nanocables han desempeñado un papel en 45.600, 32.100, 12.700, 12.500 y 11.800 patentes, respectivamente. El seguimiento de aproximadamente 7.000 productos comerciales de base nanométrica disponibles en los mercados mundiales reveló que las propiedades de alrededor de 2.330 productos han sido habilitadas o mejoradas con la ayuda de nanopartículas. Los liposomas, las nanofibras, los nanocoloides y los aerogeles también fueron de los nanomateriales más comunes en los productos de consumo. [75]

El Observatorio de Nanomateriales de la Unión Europea (EUON) ha elaborado una base de datos (NanoData) que proporciona información sobre patentes, productos y publicaciones de investigación específicos sobre nanomateriales.

Salud y seguridad

Directrices de la Organización Mundial de la Salud

La Organización Mundial de la Salud (OMS) publicó una directriz sobre la protección de los trabajadores del riesgo potencial de los nanomateriales fabricados a finales de 2017. [76] La OMS utilizó un enfoque de precaución como uno de sus principios rectores. Esto significa que la exposición debe reducirse, a pesar de la incertidumbre sobre los efectos adversos para la salud, cuando haya indicaciones razonables para hacerlo. Esto lo destacan estudios científicos recientes que demuestran la capacidad de las nanopartículas para cruzar las barreras celulares e interactuar con las estructuras celulares. [77] [78] Además, la jerarquía de controles era un principio rector importante. Esto significa que cuando hay que elegir entre medidas de control, siempre se deben preferir aquellas que estén más cerca de la raíz del problema a las que imponen una carga mayor a los trabajadores, como el uso de equipos de protección personal (EPP). La OMS encargó revisiones sistemáticas de todas las cuestiones importantes para evaluar el estado actual de la ciencia e informar las recomendaciones de acuerdo con el proceso establecido en el Manual de la OMS para el desarrollo de directrices. Las recomendaciones se calificaron como "fuertes" o "condicionales" según la calidad de la evidencia científica, los valores y preferencias, y los costos relacionados con la recomendación.

Las directrices de la OMS contienen las siguientes recomendaciones para la manipulación segura de nanomateriales fabricados (MNM).

A. Evaluar los riesgos para la salud de los MNM

  1. La OMS recomienda asignar clases de peligro a todos los MNM según el Sistema Globalmente Armonizado (GHS) de Clasificación y Etiquetado de Productos Químicos para su uso en hojas de datos de seguridad. Para un número limitado de MNM, esta información está disponible en las directrices (recomendación fuerte, evidencia de calidad moderada).
  2. La OMS recomienda actualizar las hojas de datos de seguridad con información sobre peligros específicos de MNM o indicar qué criterios de valoración toxicológicos no tenían pruebas adecuadas disponibles (recomendación fuerte, evidencia de calidad moderada).
  3. Para los grupos de fibras respirables y partículas biopersistentes granulares, el GDG sugiere utilizar la clasificación disponible de MNM para la clasificación provisional de nanomateriales del mismo grupo (recomendación condicional, evidencia de baja calidad).

B. Evaluar la exposición a MNM

  1. La OMS sugiere evaluar la exposición de los trabajadores en los lugares de trabajo con métodos similares a los utilizados para el valor límite de exposición ocupacional específico (OEL) propuesto del MNM (recomendación condicional, evidencia de baja calidad).
  2. Debido a que no existen valores OEL reglamentarios específicos para los MNM en los lugares de trabajo, la OMS sugiere evaluar si la exposición en el lugar de trabajo excede un valor OEL propuesto para los MNM. En un anexo de las directrices se proporciona una lista de valores OEL propuestos. El OEL elegido debe ser al menos tan protector como un OEL obligatorio legalmente para la forma masiva del material (recomendación condicional, evidencia de baja calidad).
  3. Si no se dispone de OEL específicos para MNM en los lugares de trabajo, la OMS sugiere un enfoque gradual para la exposición por inhalación, primero con una evaluación del potencial de exposición; en segundo lugar, realizar una evaluación de exposición básica y, en tercer lugar, realizar una evaluación de exposición integral como las propuestas por la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE) o el Comité Europeo de Normalización (el Comité Europeo de Normalización, CEN) (recomendación condicional, evidencia de calidad moderada ).
  4. Para la evaluación de la exposición dérmica, la OMS encontró que no había pruebas suficientes para recomendar un método de evaluación de la exposición dérmica sobre otro.

C. Controlar la exposición a los MNM

  1. Basándose en un enfoque de precaución, la OMS recomienda centrar el control de la exposición en prevenir la exposición por inhalación con el objetivo de reducirla tanto como sea posible (recomendación fuerte, evidencia de calidad moderada).
  2. La OMS recomienda la reducción de la exposición a una variedad de MNM que se han medido consistentemente en los lugares de trabajo, especialmente durante la limpieza y el mantenimiento, la recolección de material de los recipientes de reacción y la introducción de MNM en el proceso de producción. A falta de información toxicológica, la OMS recomienda implementar el más alto nivel de controles para evitar que los trabajadores se expongan. Cuando haya más información disponible, la OMS recomienda adoptar un enfoque más personalizado (recomendación fuerte, evidencia de calidad moderada).
  3. La OMS recomienda tomar medidas de control basadas en el principio de jerarquía de controles, lo que significa que la primera medida de control debe ser eliminar la fuente de exposición antes de implementar medidas de control que dependan más de la participación de los trabajadores, utilizando el EPP solo como último recurso. De acuerdo con este principio, se deben utilizar controles de ingeniería cuando hay un alto nivel de exposición por inhalación o cuando no hay información toxicológica disponible, o hay muy poca. En ausencia de controles de ingeniería adecuados, se debe utilizar EPP, especialmente protección respiratoria, como parte de un programa de protección respiratoria que incluya pruebas de ajuste (recomendación fuerte, evidencia de calidad moderada).
  4. La OMS sugiere prevenir la exposición dérmica mediante medidas de higiene ocupacional como la limpieza de superficies y el uso de guantes adecuados (recomendación condicional, evidencia de baja calidad).
  5. Cuando no se dispone de evaluación y medición por parte de un experto en seguridad en el lugar de trabajo, la OMS sugiere utilizar bandas de control para nanomateriales para seleccionar medidas de control de exposición en el lugar de trabajo. Debido a la falta de estudios, la OMS no puede recomendar un método de control con bandas sobre otro (recomendación condicional, evidencia de muy baja calidad).

En cuanto a la vigilancia de la salud, la OMS no pudo hacer una recomendación para programas de vigilancia de la salud específicos para los MNM en lugar de los programas de vigilancia de la salud existentes que ya están en uso debido a la falta de evidencia. La OMS considera que la formación de los trabajadores y su participación en cuestiones de salud y seguridad son las mejores prácticas, pero no puede recomendar una forma de formación de los trabajadores sobre otra, ni una forma de participación de los trabajadores sobre otra, debido a la falta de estudios disponibles. Se espera que haya avances considerables en los métodos de medición validados y la evaluación de riesgos y la OMS espera actualizar estas directrices dentro de cinco años, en 2022. [ necesita actualización ]

Otra orientación

Debido a que la nanotecnología es un desarrollo reciente, los efectos de la exposición a nanomateriales sobre la salud y la seguridad, y qué niveles de exposición pueden ser aceptables, son temas de investigación en curso. [9] De los posibles peligros, la exposición por inhalación parece presentar la mayor preocupación. Los estudios en animales indican que los nanotubos y las nanofibras de carbono pueden causar efectos pulmonares que incluyen inflamación , granulomas y fibrosis pulmonar , que eran de potencia similar o mayor en comparación con otros materiales fibrogénicos conocidos como la sílice , el asbesto y el negro de humo ultrafino . La exposición aguda por inhalación de animales sanos a nanomateriales inorgánicos biodegradables no ha demostrado efectos de toxicidad significativos. [79] Aunque se desconoce hasta qué punto los datos en animales pueden predecir efectos pulmonares clínicamente significativos en los trabajadores, la toxicidad observada en los estudios en animales a corto plazo indica la necesidad de medidas protectoras para los trabajadores expuestos a estos nanomateriales, aunque no hay informes de resultados reales. Los efectos adversos para la salud de los trabajadores que usan o producen estos nanomateriales se conocían en 2013. [80] Otras preocupaciones incluyen el contacto con la piel y la exposición por ingestión, [80] [81] [82] y los riesgos de explosión de polvo . [83] [84]

La eliminación y la sustitución son los enfoques más deseables para el control de peligros . Si bien los nanomateriales en sí a menudo no pueden eliminarse ni sustituirse por materiales convencionales, [9] puede ser posible elegir propiedades de la nanopartícula como tamaño , forma , funcionalización , carga superficial , solubilidad , aglomeración y estado de agregación para mejorar sus propiedades toxicológicas. manteniendo la funcionalidad deseada. [85] Los procedimientos de manipulación también se pueden mejorar; por ejemplo, el uso de una lechada o suspensión de nanomaterial en un disolvente líquido en lugar de un polvo seco reducirá la exposición al polvo. [9] Los controles de ingeniería son cambios físicos en el lugar de trabajo que aíslan a los trabajadores de los peligros, principalmente sistemas de ventilación como campanas extractoras , cajas de guantes , gabinetes de bioseguridad y recintos de equilibrio ventilados . [86] Los controles administrativos son cambios en el comportamiento de los trabajadores para mitigar un peligro, incluida la capacitación sobre las mejores prácticas para el manejo, almacenamiento y eliminación seguros de nanomateriales, una conciencia adecuada de los peligros a través del etiquetado y señalización de advertencia, y el fomento de una cultura de seguridad general . El equipo de protección personal debe usarse en el cuerpo del trabajador y es la opción menos deseable para controlar los riesgos. [9] El equipo de protección personal que normalmente se utiliza para productos químicos típicos también es apropiado para los nanomateriales, incluidos pantalones largos, camisas de manga larga y zapatos cerrados, así como el uso de guantes de seguridad , gafas protectoras y batas de laboratorio impermeables . [86] En algunas circunstancias se pueden utilizar respiradores . [85]

La evaluación de la exposición es un conjunto de métodos utilizados para monitorear la liberación de contaminantes y la exposición de los trabajadores. Estos métodos incluyen el muestreo personal, en el que los tomadores de muestras se ubican en la zona de respiración personal del trabajador, a menudo sujetos al cuello de una camisa para estar lo más cerca posible de la nariz y la boca; y muestreo de área/fondo, donde se colocan en ubicaciones estáticas. La evaluación debería utilizar tanto contadores de partículas , que controlan en tiempo real la cantidad de nanomateriales y otras partículas de fondo; y muestras basadas en filtros, que se pueden utilizar para identificar el nanomaterial, generalmente mediante microscopía electrónica y análisis elemental . [85] [87] A partir de 2016, los límites cuantitativos de exposición ocupacional no se han determinado para la mayoría de los nanomateriales. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU. ha determinado límites de exposición recomendados no reglamentarios para nanotubos de carbono , nanofibras de carbono , [80] y dióxido de titanio ultrafino . [88] Agencias y organizaciones de otros países, incluido el Instituto Británico de Normas [89] y el Instituto de Seguridad y Salud Ocupacional de Alemania, [90] han establecido OEL para algunos nanomateriales, y algunas empresas han suministrado OEL para sus productos. [9]

Diagnóstico a nanoescala

La nanotecnología ha estado en los titulares en el campo médico, [91] siendo responsable de las imágenes biomédicas. Las propiedades ópticas, magnéticas y químicas únicas de los materiales a escala nanométrica han permitido el desarrollo de sondas de imágenes con funcionalidades múltiples, como una mejor mejora del contraste, mejor información espacial, biodistribución controlada e imágenes multimodales en varios dispositivos de escaneo. Estos avances han tenido ventajas como la capacidad de detectar la ubicación de tumores e inflamaciones, una evaluación precisa de la progresión de la enfermedad y una medicina personalizada.

  1. Nanopartículas de sílice- Nanopartículas de sílice [92]Se pueden clasificar en sólidos, no porosos y mesoporosos. Tienen gran superficie, superficie hidrófila y estabilidad química y física. Las nanopartículas de sílice se fabrican mediante el proceso Stöber. Que es la hidrólisis de éteres silílicos como el silicato de tetraetilo en silanoles (Si-OH) utilizando amoníaco en una mezcla de agua y alcohol, seguido de la condensación de silanoles en partículas de sílice de 50 a 2000 nm. El tamaño de la partícula se puede controlar variando la concentración de éter silílico y alcohol o el método de microemulsión. Las nanopartículas mesoporosas de sílice se sintetizan mediante el proceso sol-gel. Tienen poros que varían en diámetro de 2 nm a 50 nm. Se sintetizan en una solución a base de agua en presencia de un catalizador base y un agente formador de poros conocido como tensioactivo. Los tensioactivos son moléculas que presentan la particularidad de tener una cola hidrófoba (cadena alquílica) y una cabeza hidrófila (grupo cargado, como una amina cuaternaria por ejemplo). A medida que estos tensioactivos se agregan a una solución a base de agua, se coordinarán para formar micelas con una concentración cada vez mayor para estabilizar las colas hidrofóbicas. La variación del pH de la solución y la composición de los disolventes y la adición de ciertos agentes hinchantes pueden controlar el tamaño de los poros. Su superficie hidrofílica es lo que hace que las nanopartículas de sílice sean tan importantes y les permite llevar a cabo funciones como la administración de fármacos y genes, la bioimagen y la terapia. Para que esta aplicación tenga éxito, se necesitan una variedad de grupos funcionales de superficie que se pueden agregar mediante el proceso de cocondensación durante la preparación o mediante modificación posterior de la superficie. La gran superficie de las nanopartículas de sílice les permite transportar cantidades mucho mayores del fármaco deseado que mediante métodos convencionales como polímeros y liposomas. Permite la focalización en sitios específicos, especialmente en el tratamiento del cáncer. Una vez que las partículas han llegado a su destino, pueden actuar como reporteros, liberar un compuesto o calentarse de forma remota para dañar las estructuras biológicas cercanas. La focalización generalmente se logra modificando la superficie de la nanopartícula con un compuesto químico o biológico. Se acumulan en los sitios del tumor a través de la Retención de Permeabilidad Mejorada (EPR), donde los vasos del tumor aceleran la entrega de las nanopartículas directamente al tumor. La capa porosa de la sílice permite controlar la velocidad a la que el fármaco se difunde fuera de la nanopartícula. La cubierta se puede modificar para que tenga afinidad por el fármaco, o incluso para que se active mediante el pH, el calor, la luz, las sales u otras moléculas de señalización. Las nanopartículas de sílice también se utilizan en bioimagen porque pueden acomodar agentes de contraste fluorescentes/MRI/PET/SPECT y moléculas de fármacos/ADN en sus poros y superficies adaptables. Esto es posible mediante el uso de nanopartículas de sílice como vector para la expresión de proteínas fluorescentes. Varios tipos diferentes de sondas fluorescentes, como tintes de cianina,El metil violegeno o puntos cuánticos semiconductores se pueden conjugar con nanopartículas de sílice y administrarse en células específicas o inyectarse in vivo. El péptido RGD de la molécula portadora ha sido muy útil para obtener imágenes in vivo dirigidas.
  2. Espectroscopía radiométrica Raman de resonancia mejorada en superficie aplicada tópicamente (TAS3RS) [93] - TAS3RS es otra técnica que está comenzando a avanzar en el campo médico. Es una técnica de imagen que utiliza receptores de folato (FR) para detectar lesiones tumorales de hasta 370 micrómetros. Los receptores de folato son proteínas de superficie unidas a membranas que se unen a folatos y conjugados de folato con alta afinidad. FR se sobreexpresa con frecuencia en una serie de neoplasias malignas humanas, incluido el cáncer de ovario, pulmón, riñón, mama, vejiga, cerebro y endometrio. La imagen Raman es un tipo de espectroscopia que se utiliza en química para proporcionar una huella estructural mediante la cual se pueden identificar las moléculas. Se basa en la dispersión inelástica de fotones, lo que da como resultado una sensibilidad ultra alta. Se realizó un estudio en el que se sintetizaron dos dispersión Raman de resonancia mejorada de superficie diferente (SERRS). Uno de los SERRS era una "nanosonda dirigida funcionalizada con un anticuerpo anti-receptor de folato (αFR-Ab) mediante un PEG-maleimida-succinimida y utilizando el tinte infrarrojo IR780 como indicador Raman, en adelante denominado αFR-NP, y una sonda no dirigida (nt-NP) recubierta con PEG5000-maleimida y que presenta el tinte infrarrojo IR140 como reportero Raman". Estas dos mezclas diferentes se inyectaron en ratones con tumores y en ratones sanos controlados. Se tomaron imágenes de los ratones con una señal de bioluminiscencia (BLI) que produce energía luminosa dentro del cuerpo de un organismo. También fueron escaneados con el microscopio Raman para poder ver la correlación entre el TAS3RS y el mapa BLI. TAS3RS no mostró nada en los ratones sanos, pero pudo localizar las lesiones tumorales en los ratones infectados y también pudo crear un mapa TAS3RS que podría usarse como guía durante la cirugía. TAS3RS se muestra prometedor a la hora de combatir el cáncer de ovario y peritoneal, ya que permite una detección temprana con gran precisión. Esta técnica se puede administrar localmente, lo cual es una ventaja ya que no tiene que ingresar al torrente sanguíneo y, por lo tanto, evita la toxicidad de las nanosondas circulantes. Esta técnica también es más fotoestable que los fluorocromos porque las nanopartículas SERRS no pueden formarse a partir de biomoléculas y, por lo tanto, no habría falsos positivos en TAS3RS como ocurre en las imágenes de fluorescencia.

Ver también

Referencias

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