Un experimento que, por diseño, no debería producir nada notable, produjo una sorpresa “desconcertante”: una nueva forma de crear nanopartículas de oro y nanoalambres usando gotas de agua.
La técnica, detallada en la revista Nature Communications, es el último descubrimiento en el nuevo campo de la química en gotas y podría conducir a formas más amigables con el medio ambiente para producir nanopartículas de oro y otros metales, dijo el líder del estudio Richard Zare, químico en la Facultad de Humanidades y Ciencias de la Universida de Stanford y cofundador de Stanford Bio-X.
“Ser capaz de hacer reacciones en el agua significa que no tiene que preocuparse por la contaminación. Es química verde”, dijo Zare, que es la profesora Marguerite Blake Wilbur en Ciencias Naturales en Stanford.
El oro es conocido como un metal noble porque es relativamente no reactivo. A diferencia de los metales base, como el níquel y el cobre, el oro es resistente a la corrosión y la oxidación, que es una de las razones por las que es un metal tan popular para la joyería.
Sin embargo, alrededor de mediados de la década de 1980, los científicos descubrieron que el alejamiento químico del oro solo se manifiesta a escalas grandes o macroscópicas. A escala nanométrica, las partículas de oro son muy reactivas químicamente y son excelentes catalizadores. Hoy en día, las nanoestructuras de oro han encontrado un papel en una amplia variedad de aplicaciones, incluidas la bioimagen, la administración de fármacos, la detección de gases tóxicos y los biosensores.
Hasta ahora, sin embargo, la única forma confiable de fabricar nanopartículas de oro era combinar el precursor de oro del ácido cloroáurico con un agente reductor como el borohidruro de sodio.
La reacción transfiere electrones del agente reductor al ácido cloroáurico, liberando átomos de oro en el proceso. Dependiendo de cómo los átomos de oro se agrupen, pueden formar perlas, cables, varillas, prismas y mucho más.
Recientemente, Zare y sus colegas se preguntaron si esta reacción de producción de oro podría proceder de manera diferente con diminutas gotas de ácido cloroáurico y borohidrato de sodio del tamaño de micras. ¿Cómo de grande es una microgotita? “Es como apretar una botella de perfume y sacar una nube de microgotas”, dijo Zare en un comunicado.
De experimentos previos, los científicos sabían que algunas reacciones químicas proceden mucho más rápido en microgotitas que en volúmenes de solución más grandes.
De hecho, el equipo observó que la nanopartícula de oro creció más de 100.000 veces más rápido en microgotitas. Sin embargo, la observación más llamativa se produjo cuando se realizó un experimento de control en el que reemplazaron el agente reductor, que normalmente libera las partículas de oro, por microgotas de agua.
“Para nuestro desconcierto, encontramos que las nanoestructuras de oro podrían fabricarse sin ningún agente reductor agregado”, dijo el primer autor del estudio, Jae Kyoo Lee, investigador asociado.
Visto bajo un microscopio electrónico, las nanopartículas y nanocables de oro aparecen fusionados como racimos de bayas en una rama.
El descubrimiento sorpresa significa que las microgotas de agua pura pueden servir como microrreactores para la producción de nanoestructuras de oro. “Esto es aún más evidencia de que las reacciones en las gotas de agua pueden ser fundamentalmente diferentes a las del agua a granel”, dijo la coautora del estudio Devleena Samanta, una ex estudiante de posgrado en el laboratorio de Zare y coautora del artículo.
Si el proceso puede ampliarse, podría eliminar la necesidad de agentes reductores potencialmente tóxicos que tengan efectos secundarios perjudiciales para la salud o que puedan contaminar las vías fluviales, dijo Zare.
Aún no está claro por qué las microgotitas de agua pueden reemplazar a un agente reductor en esta reacción. Una posibilidad es que la transformación del agua en microgotas aumenta enormemente su superficie, creando la oportunidad de que se forme un campo eléctrico fuerte en la interfaz aire-agua, lo que puede promover la formación de nanopartículas y nanocables de oro.
“El área de la superficie encima de un vaso de precipitados de un litro de agua es menor a un metro cuadrado. Pero si convierte el agua en ese vaso en microgotitas, obtendrá aproximadamente 3.000 metros cuadrados de superficie, aproximadamente del tamaño de medio campo de fútbol “, dijo Zare.
El equipo está explorando formas de utilizar las nanoestructuras para diversas aplicaciones catalíticas y biomédicas y para perfeccionar su técnica para crear películas de oro.
“Observamos una red de nanocables que pueden permitir la formación de una capa delgada de nanocables”, dijo Samanta.
Fuente: Europa Press