Estrellas a nanoescala para desentrañar procesos de adsorción y purificación altamente controlados
La capacidad de los sólidos para atraer y «retener» sustancias en sus superficies (adsorción) se aprovecha habitualmente para labores de purificación y separación. El carbón activado es un ejemplo de un sólido simple utilizado en filtros de agua de consumo comunes y en máscaras para eliminar gases venenosos en el campo de batalla. Un mejor control sobre las nuevas funcionalidades de materiales adsorbentes puede aumentar su selectividad, sensibilidad y eficacia. Gracias al apoyo prestado por el programa Marie Skłodowska-Curie, el proyecto NANODRIVE llevó a cabo estudios teóricos, computacionales y experimentales de adsorción a nanoescala. La comprensión de estos mecanismos facilita el diseño racional de nanopartículas especializadas dedicadas a la adsorción y liberación de sustancias en ámbitos críticos, como las tecnologías ambientales, industriales y médicas.
La unión hace la fuerza
NANODRIVE se dedicó a ciertas macromoléculas especiales llamadas copolímeros dibloque. Los polímeros son moléculas muy grandes formadas por muchas unidades individuales más pequeñas (monómeros) unidas entre sí. Cuando dos tipos diferentes de monómeros se agrupan y forman bloques de unidades repetidas dentro del polímero mayor, la molécula resultante se llama copolímero dibloque. Su doble función física y química puede aprovecharse para dirigir el autoensamblaje hacia una fase ordenada o desordenada predeterminada. Esto se logra mediante un cambio controlado en parámetros tales como la concentración, la temperatura, el pH o la naturaleza química de las macromoléculas poliméricas. La responsable del proyecto Barbara Capone se propuso diseñar copolímeros dibloque para la adsorción selectiva de «carga» en disolución. En concreto, como fundadora y directora general de la ONG internacional Sunshine4Palestine, dedicada al suministro de agua y energía en situaciones de emergencia, Capone aprovechó la adsorción para sanear agua a gran escala en zonas extremadamente pobres.
Escrito en las estrellas
NANODRIVE partió de un sistema simple, nanopartículas de plata y adsorción de iones metálicos en disolución. Tal y como explican Capone y el coordinador del proyecto Fabio Bruni: «La combinación de investigaciones teóricas y experimentales, nos permitió caracterizar completamente la ruta de adsorción de iones de cobalto y níquel en nanopartículas de plata. Además, demostramos que, con unos pocos parámetros químicos o físicos, es posible impulsar completamente tanto el proceso de agrupación como la adsorción selectiva». A continuación, la atención del equipo científico se dirigió a su foco principal, las estrellas de copolímero dibloque en las que cada punta de la estrella está compuesta de dos partes. La parte interna que interactúa con la carga y la externa que se usa para sintonizar y cambiar la forma de la macromolécula adsorbente. NANODRIVE agregó una segunda funcionalidad a los brazos externos. Su termosensibilidad permitió que un ligero cambio de temperatura bloquease la carga para su extracción de la solución acuosa.
El diseño racional de adsorbedores a nanoescala satisface muchas necesidades
El equipo identifica ahora interacciones moleculares que permitirán el diseño racional de adsorbedores para sistemas biológicos. Como explican Capone y Bruni: «A partir de las propiedades de adsorción de los polímeros de estrella homopoliméricos simples, diseñamos un conjunto de “nanorrobots” macromoleculares capaces de efectuar la carga y reconocer metales pesados en una solución compleja y casi saturada mediante un cambio en la composición química o la geometría de las nanopartículas». La caracterización integral de la adsorción a nanoescala lograda por NANODRIVE facilita su aplicación en distintos ámbitos, pero sobre todo en labores ambientales y biomédicas.
Palabras clave
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