Una nueva metodología desarrollada en Tokyo Tech permite evaluar la composición química y la estructura de partículas metálicas con un diámetro de solo 0,5 a 2 nanómetros, o mil millonésimas de metro.

Este avance en las técnicas analíticas permitirá el desarrollo y la aplicación de materiales minúsculos en los campos de la electrónica, la biomedicina, la química y más.

El estudio y el desarrollo de nuevos materiales han permitido innumerables avances tecnológicos y son esenciales en la mayoría de los campos de la ciencia, desde la medicina y la bioingeniería hasta la electrónica de vanguardia. El diseño racional y el análisis de materiales innovadores a escala nanoscópica nos permite superar los límites de dispositivos y metodologías anteriores para alcanzar niveles de eficiencia y nuevas capacidades sin precedentes.

Tal es el caso de las nanopartículas metálicas, que actualmente están en el centro de atención de la investigación moderna debido a sus innumerables aplicaciones potenciales. Un método de síntesis desarrollado recientemente que usa moléculas de dendrímero como plantilla permite a los investigadores crear nanocristales metálicos con diámetros de 0,5 a 2 nm (mil millonésimas de metro).

Fenómenos cuánticos

Estas partículas increíblemente pequeñas, llamadas “grupos subnano” (SNC), tienen propiedades muy distintivas, tales como excelentes catalizadores para reacciones (electro) químicas y exhiben fenómenos cuánticos peculiares que son muy sensibles a los cambios en el número de átomos constituyentes de los grupos .

Desafortunadamente, los métodos analíticos existentes para estudiar la estructura de materiales y partículas a nanoescala no son adecuados para la detección de SNC. Uno de estos métodos, llamado espectroscopía Raman, consiste en irradiar una muestra con un láser y analizar los espectros dispersos resultantes para obtener una huella molecular o un perfil de los posibles componentes del material. Aunque la espectroscopía Raman tradicional y sus variantes han sido herramientas invaluables para los investigadores, todavía no se pueden usar para los SNC debido a su baja sensibilidad.

Por lo tanto, un equipo de investigación de Tokyo Tech, incluido el doctor Akiyoshi Kuzume, el profesro Kimihisa Yamamoto y sus colegas, estudiaron una forma de mejorar las mediciones de espectroscopía Raman y hacerlas competentes para el análisis SNC.

Un tipo particular de enfoque de espectroscopía Raman se llama espectroscopía Raman de superficie mejorada. En su variante más refinada, se añaden a la muestra nanopartículas de oro y / o plata encerradas en una capa delgada de sílice inerte para amplificar las señales ópticas y así aumentar la sensibilidad de la técnica. El equipo de investigación se centró primero en determinar teóricamente su tamaño y composición óptimos, donde los amplificadores ópticos de plata de 100 nm (casi el doble del tamaño comúnmente utilizado) pueden amplificar en gran medida las señales de los SNC adheridos a la carcasa de sílice porosa.

“Esta técnica espectroscópica genera selectivamente señales Raman de sustancias que están muy cerca de la superficie de los amplificadores ópticos”, explica en un comunicado el profesor Yamamoto. Para poner a prueba estos hallazgos, midieron los espectros Raman de los SNC de óxido de estaño para ver si podían encontrar una explicación en su composición estructural o química para su actividad catalítica inexplicablemente alta en ciertas reacciones químicas.

Al comparar sus mediciones Raman con simulaciones estructurales y análisis teóricos, encontraron nuevas ideas sobre la estructura de los SNC de óxido de estaño, explicando el origen de la actividad catalítica específica dependiente de la atomicidad de los SNC de óxido de estaño.

La metodología empleada en esta investigación podría tener un gran impacto en el desarrollo de mejores técnicas analíticas y ciencia subnanoscala. “La comprensión detallada de la naturaleza física y química de las sustancias facilita el diseño racional de subnanomateriales para aplicaciones prácticas. Los métodos espectroscópicos altamente sensibles acelerarán la innovación de materiales y promoverán la subnanosciencia como un campo de investigación interdisciplinario”, concluye el profesor Yamamoto.

Los avances como el presentado por este equipo de investigación serán esenciales para ampliar el alcance de la aplicación de subnanomateriales en diversos campos, incluidos los biosensores, la electrónica y los catalizadores.

El estudio se publica en Science Advances.

Fuente: EP