Obtención de nanopartículas en forma de hidrosoles

Un trabajo en el que participan investigadores de la UAM presenta un nuevo método para producir hidrosoles de nanopartículas, entidades que pueden tener variadas e importantes aplicaciones en biomedicina

 

Matriz de hielo con nanopartículas embebidas. Se obtiene por codeposición en vacío de nanoparticulas producidas por agregación en fase gaseosa con un haz molecular de agua en un sustrato a 77K

 

Nuevo método de síntesis de nanopartículas para aplicaciones biomédicas

 

Un inconveniente actual para un mayor aprovechamiento de nanopartículas en tratamientos bíomédicos, radica en la dificultad de obtener las nanopartículas en forma de hidrosoles. Un trabajo publicado en el Journal of Nanoparticle Research por la Universidad de Leicester, en el que participan investigadores del departamento de Física Aplicada de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), muestra un método que intenta salvar esta dificultad.

Las nanopartículas con tamaños entre 2 y 100 nanometros (nm) son entidades importantes en biomedicina con un amplio rango de aplicaciones. Pueden ser utilizadas, por ejemplo, como agentes de contraste en resonancia magnética, al igual que en el transporte de fármacos y en tratamientos de tumores por hipertermia.

En estas aplicaciones las nanopartículas deben estar dispersas en un fluido, generalmente agua, y pueden estar formadas por un único elemento o por varios elementos formando sistemas “núcleo-corteza”. El material del núcleo generalmente es óptica o magnéticamente activo, y la corteza puede estar formada por una o más capas biocompatibles que hagan pasiva la nanoparticula o que contribuyan a su funcionalización.

Las propiedades físicas de estos sistemas están afectadas directamente por el tamaño, de ahí que uno de los objetivos prioritarios de los métodos de síntesis sea el conseguir flexibilidad en el diseño del núcleo y la corteza en términos de tamaños y materiales constituyentes. Este nivel de control y flexibilidad se puede conseguir por métodos de agregación en fase gaseosa, que tienen la ventaja añadida de que operan en condiciones de ultra-alto vacío, de forma que el material del núcleo y la corteza pueden ser materiales reactivos que se oxidarían fácilmente en otros entornos.

Sin embargo, el inconveniente de estos métodos está en la dificultad de obtener las nanopartículas en forma de hidrosoles (o de suspensión coloidal en medio acuoso). El trabajo publicado en Journal of Nanoparticle Research hace un aporte a este respecto. Según señalan sus autores, los primeros resultados son prometedores con vistas a las aplicaciones biomédicas en tratamientos tumorales por hipertermia magnética.

Obteniendo nanoparticulas en forma de hidrosoles

La capacidad del nuevo método para obtener nanoparticulas en forma de hidrosoles ha sido demostrada produciendo suspensiones de nanoparticulas elementales de plata, oro y cobre, así como nanopartículas con estructura “núcleo-corteza” con núcleos de hierro y cortezas de oro y óxido de hierro.

En términos generales, el método consiste en introducir —con una velocidad controlada— vapor de agua como un haz molecular en la cámara donde se depositan las nanopartículas.

De acuerdo con el trabajo, el haz incide sobre un sustrato enfriado con nitrógeno líquido a 77 grados Kelvin (K). Las nanopartículas se depositan simultáneamente en la misma superficie, quedando embebidas en una matriz de hielo que posteriormente se funde.

Las nanopartículas se producen en una fuente de agregación en fase gaseosa con una distribución estrecha de tamaños, y eventualmente se recubren con capas delgadas de otros metales. El entorno limpio de ultra-alto vacío se preserva en la región de la fuente donde se forman las nanopartículas debido a la baja presión de vapor del hielo a 77K y a un sistema de bombeo diferencial.

Simulaciones de dinámica molecular realizadas por los autores del trabajo, muestran que las nanopartículas no sufren distorsiones importantes cuando quedan embebidas en la matriz de hielo. Sin embargo, las nanopartículas comienzan a aglomerarse en cuanto el hielo se funde. El estudio también muestra cómo prevenir esta aglomeración añadiendo surfactantes.