nanomaterial compuesto o nanocompuesto (en inglés, nanocomposite) es un material compuesto o multifásico donde una de las fases tiene una, dos o tres dimensiones de menos de 100 nanómetros (nm).1 En el más amplio sentido de esta definición, se pueden incluir medios porosos, coloides, geles y copolímeros; pero es más común la combinación de un sólido a granel que actúa como matriz y una fase (o más) nano-dimensional (un nanocompuesto) dispersada en la matriz. Las propiedades mecánicas, eléctricas, térmicas, ópticas, electroquímicas, catalíticas... del nanomaterial compuesto se diferencian notablemente de la de los materiales componentes por separado.2
Los nanomateriales compuestos difieren de los materiales compuestos convencionales debido a la excepcionalmente alta relación entre la superficie y el volumen de la fase dispersada en la matriz. El área de la interfase entre la fase de la matriz y el refuerzo es típicamente un orden de magnitud mayor que para los materiales compuestos convencionales. Esto hace que una cantidad relativamente pequeña de refuerzo a escala nanométrica pueda tener un efecto observable a escala macroscópica en las propiedades del compuesto.
Se suelen clasificar los nanomateriales compuestos en función del tipo de matriz que se emplea: nanocomposites de matriz cerámica, nanocomposites de matriz metálica y nanocomposites de matriz polimérica.
NANOCOMPUESTOS PERMITIRÁN DETECTAR EL CÁNCER EN SU ETAPA MÁS TEMPRANA
TRABAJO DE DOS AÑOS UBICA A LA UNIVERSIDAD DE TALCA EN UN PUESTO DE AVANZADA EN LA FRONTERA DEL DESARROLLO DE LA NANOTECNOLOGÍA. LA POSIBILIDAD DE AMPLIAR SUS APLICACIONES ABRE TREMEDAS EXPECTATIVAS EN EL ÁREA DE LA CIENCIA Y LA SALUD.
25 Abril 2011
PROFESOR DANILO GONZÁLEZ:"La ciencia básica rindió su fruto"
El trabajo en conjunto de los científicos del Centro de Bioinformática y Simulación Molecular y del Instituto de Química de los Recursos Naturales, permitió sintetizar un nanocompuesto que tiene la facultad de detectar el cáncer a nivel celular, en su etapa inicial.
El anuncio que sorprendió al mundo científico y prueba de ello, es que sus resultados serán consignados esta semana en la edición de abril de la revista “Analytical and Bioanalytical Chemistry”.
Sin duda un avance que sitúa a nuestra Universidad en la frontera del desarrollo científico de aplicaciones nanotecnológicas, gracias al trabajo de más de dos años realizado por el investigador Leonardo Santos y su grupo del Instituto de Química de los Recursos Naturales, junto al Centro de Bioinformática, encabezado por Danilo González.
“La investigación nace de la colaboración de los investigadores de nuestra Universidad, en alianza con el Instituto Nacional del Cáncer de Estados Unidos”, explica González, director del Centro de Bionformática.
“La nanopartícula, Quantum dot, tiene la propiedad de ser semiconductor. Es decir, cuando está a nanoescala, tiene propiedades nunca antes vistas.
Con este antecedente, y una serie de estudios, hemos sido capaces de implementar un sistema con una buena capacidad de caracterización de células cancerígenas”, señala el académico.
En los laboratorios del Centro de Bioinformática se efectuaron el modelamiento y las simulaciones moleculares, las que permitieron caracterizar algunas propiedades de las partículas.
“Con microscopía electrónica, observamos cómo se organizan estos nanocompuestos. Los equipos utilizados se encuentran en nuestro centro de cómputo”, agrega.
EQUIPOS AVANZADOS
Durante el proceso se utilizó un conjunto de máquinas especiales para el cálculo con mecánica cuántica, un cluster informático de 208 núcleos y el microscopio electrónico del Centro, único en su tipo en Latinoamérica, cuyo papel tuvo una especial relevancia, para el estudio de las partículas Quantum dots.
Las siguientes etapas se llevarán a cabo los próximos años, bajo el alero de la Fundación Fraunhofer Chile Research, que financia el proyecto de investigación. En la actualidad se está coordinando la continuidad del proyecto.
“La ciencia básica rindió su fruto. Lo que resta, además de más ciencia, es el desarrollo de una aplicación concreta de este avance tecnológico, que se realiza de manera conjunta con Fraunhofer Chile.
Esperamos que, en unos tres años, poder tener algunos resultados concretos, con la implementación de un tratamiento médico para la detección del cáncer en sus primeros estadios”, dice González, quien aclara que ya se trabaja en la evaluación de otras aplicaciones en distintas áreas.
“Nuestra intención es lograr aplicar esta tecnología en otras áreas, como la acuicultura, la agricultura, la minería, entre otras”; asegura.
PROFESOR LEONARDO SANTOS:
Es cien veces más preciso que un ensayo de Rayos X
El nanocompuesto desarrollado por los investigadores de nuestra Universidad, es fruto de mucho tiempo de discusión, investigación y trabajo de laboratorio. Químicamente hablando, es un vector para células tumorales, formado por un nanomaterial polimérico y otro metálico, capaz de detectar células dañadas con alta precisión. Ésa es la gran y más importante ventaja.
“Es completamente químico y tiene la capacidad específica de detectar células tumorales, para eso fue desarrollado. La gran ventaja es que no detecta una célula normal, si no que, cuando hay una célula tumoral, cancerígena, tiene una coloración que permite detectarla”, explica Leonardo Santos, quien trabajó en la síntesis.
Otra particularidad es la capacidad selectiva, que permite identificar las células dañadas y, junto con la detección, el vector puede llevar una medicina.
“Tiene selectividad. Si esa célula existe, el nanocompuesto se queda adherido y eso permite agregar, dentro de este polímero, un medicamento para este tumor”, señala el académico.
El nanocompuesto es más práctico, más específico y, por ende, puede anticiparse. Hoy, los diagnósticos para detectar el cáncer de mama, por ejemplo, se hacen sobre la base de Rayos X, con las incomodidades que implica para las mujeres, dado el procedimiento.
“Una de las grandes desventajas es que, además de ser muy incómodo, toma muestras de posibles nódulos tumorales, a partir de 0,5 mm, en general. Nosotros estamos trabajando a un nivel de detección, casi al tamaño de la célula. El nanocompuesto es cien veces más preciso que un ensayo de rayos X”, asegura.
Otra singularidad, es que no representa peligro para el organismo. “Desarrollamos un nanocompeutso que no es tóxico, en las dosis que empleamos. Los glóbulos blancos no lo detectan como una cosa ajena del organismo, pasa inadvertida”, afirma.
REVOLUCIONARIO
Desde el punto de vista de los avances para la salud de la población, el desarrollo del nanocompuesto constituye un paso revolucionario en la lucha contra una enfermedad como el cáncer.
Desde 1950 hasta hoy, las muertes por enfermedades cardiovasculares bajaron en 59 por ciento, mientras que los decesos por neumonía e influenza registran una disminución del orden del 53 por ciento, desde entonces.
“En cáncer no hay baja, sigue igual”, reflexiona Santos.
El trabajo está en una etapa preliminar. A partir de sus resultados, se abren grandes expectativas.
“Una cosa es la nanodetección, el diagnóstico. Nuestro método es un diagnóstico prematuro, pues la prevención está en la detección prematura para evitar el desarrollo. En eso estamos interesados. Pero también en el tratamiento del cáncer. La perspectiva es desarrollar un kit de detección para el cáncer de mama”, confidencia el académico.
Nanodiamantes mediante detonación .- ............................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=a718e535584a091dc145c5a6311fb2b4684a5106&writer=rdf2latex&return_to=Nanodiamantes+mediante+detonaci%C3%B3n
- Debido a su intensa fuerza cavitacional, potencia el ultrasonido es una técnica prometedora para producir diamantes y nano-tamaño del grafito.
- Diamantes micro - y nano-cristalino pueden sintetizarse sonicando una suspensión de grafito en orgánico líquido a presión atmosférica y la temperatura.
- Ultrasónica es también una herramienta útil para el procesamiento posterior de los diamantes sintetizado nano, como ultrasonidos dispersa, deagglomerates y functionalizes nano partículas muy eficaces.
Ultrasonidos para el tratamiento de nanodiamantes
Nano-diamantes (también llamado detonación diamantes (DND) o diamantes ultradispersed (UDD)) son una forma especial de carbono nanomateriales se distingue por características únicas – tales como suenrejado estructura, sus grande superficie, así como única óptica ymagnético propiedades – y aplicaciones excepcionales. Las propiedades de las partículas ultradispersed hacen estos materiales compuestos innovadores para la creación de nuevos materiales con funciones extraordinarias. El tamaño de las partículas de diamante en el hollín trata de 5nm.
Bajo intensas fuerzas, como la sonicación o detonación, grafito puede transformarse en diamante.
Ultrasonidos sintetizado nano-diamantes
The synthesis of diamonds is an important research field regarding scientific and commercial interests. The commonly used process for the synthesis of micro-crystalline and nano-crystalline diamond particles is the high-pressure-high-temperature (HPHT) technique. By this method, the required process pressure of tens of thousands of atmospheres and temperatures of more than 2000K are generated to produce the main part of the worldwide supply of industrial diamond. For the transformation of graphite into diamond, in general high pressures and high temperatures are required, and catalysts are used to increase the yield of diamond. These requirements needed for transformation can be generated very efficiently by the use of ultrasonido de alta potencia (= de baja frecuencia, ultrasonido de alta intensidad):Cavitación ultrasónica
Ultrasonido en los líquidos provoca efectos localmente muy extremos. Cuando sonicando líquidos a altas intensidades, las ondas sonoras que se propagan en el medio líquido resultado alternancia de alta presión (compresión) y ciclos de baja presión (vacuo), con tarifas dependiendo de la frecuencia. Durante el ciclo de baja presión, las ondas ultrasónicas de alta intensidad crearen pequeñas burbujas de vacío o huecos en el líquido. Cuando las burbujas alcanzan un volumen en el cual ya no puede absorber energía, colapsan violentamente durante un ciclo de alta presión. Este fenómeno se denomina cavitación. Durante las temperaturas muy altas de implosión (aprox. 5, 000K) y presiones (aprox. 2, 000atm) se alcanzan localmente. La implosión de la burbuja de cavitación resulta también en chorros líquidos de hasta velocidad de 280 m/s. (Suslick 1998) Es obvio que micro - y Nano-cristalino los diamantes pueden ser sintetizados en el campo de ultrasonidoscavitación.Procedimiento ultrasónico para la síntesis de nano-diamantes
De facto, el estudio de Khachatryan et al., (2008) muestra que microcristales de diamante también pueden ser sintetizados por los ultrasonidos de una suspensión de grafito en orgánico líquido a presión atmosférica y la temperatura. Como fluido de cavitación, una fórmula de oligómeros aromáticos ha sido elegido debido a su presión de vapor saturado bajo y su alto punto de ebullición. En este líquido, el polvo de grafito puro especial – con partículas en el rango entre 100-200 µm – ha sido suspendido. En los experimentos de Kachatryan et al., la proporción del peso sólido-líquido era 1:6, la densidad del fluido cavitación era 1,1 g cm-3 a 25° C. La máxima intensidad ultrasónica en el sonoreactor ha sido cm 75-80W-2 corresponding to a sound pressure amplitude of 15-16 bar. It has been achieved approximately a 10% graphite-to-diamond conversion. The diamonds were nearly dispersión de mono con un tamaño muy nítido y bien diseñado en el rango de 6 o 9μm ± 0.5μm, con cúbico, cristalino morfología y alta pureza.
Imágenes de SEM de los diamantes ultrasónicamente sintetizados: cuadros (a) y (b) muestran la serie muestra 1 (c) y (d) la serie muestra 2. [Khachatryan et al., 2008]
Dispersión ultrasónico de nano-diamantes
Como ya se describió, la desaglomeración y la granulometría incluso en el medio son esenciales para la explotación exitosa de las características únicas de nano-diamantes. Dispersión y desaglomeración por ultrasonidos son un resultado de ultrasonidos cavitación. Cuando exponiendo líquidos ecografía las ondas sonoras que se propagan en el líquido resultado alternando ciclos de alta presión y baja presión. Esto aplica tensión mecánica a las fuerzas de atracción entre las partículas individuales. Cavitación ultrasónica en líquidos provoca chorros de líquido de alta velocidad de hasta 1000km/hr (aprox. 600mph). Estos chorros Pulsa el líquido a alta presión entre las partículas y separan unos de otros. Las partículas más pequeñas se aceleraron con los chorros de líquido y chocan a altas velocidades. Esto hace que el ultrasonido un medio eficaz para la dispersión sino también para el fresado of micron-size and sub micron-size particles. For example, nanodiamonds (average size of about 4nm) and polystyrene can be dispersed in cyclohexane to obtain a special composite. In their study, Chipara et al. (2010) have prepared composites of polystyrene and nanodiamonds, containing nanodiamonds in a range between 0 and 25% weight. To obtain an evendispersión, ellos sonicada la solución durante 60 min con de HielscherUIP1000hd (1kW).Funcionalización ultrasónicamente asistida de nano-diamantes
For the functionalization of the complete surface of each nano-sized particles, the surface of the particle must be available for chemical reaction. This means an even and fine dispersion is required as the well-dispersed particles are surrounded by a boundary layer of molecules attracted to the particle surface. To get new functional groups to nanodiamonds’ surface, this boundary layer has to be broken or removed. This process of break and removal of the boundary layer can be performed by ultrasonics. Ultrasound introduced into liquid generates various extreme effects such as cavitación, localmente muy alta temperatura hasta 2000 K y chorros de líquido de hasta 1000 km/hr (Suslick 1998) por este estrés pueden superar las fuerzas de atracción (por ejemplo, las fuerzas de Van-der-Waals) los factores y las moléculas funcionales son llevadas a la superficie de la partícula a funcionalizar, por ejemplo la superficie de nano-diamantes.
Esquema 1: Gráfico de la in situ-desaglomeración y funcionalización superficial de nano-diamantes (Liang 2011)
No hay comentarios:
Publicar un comentario