Acelerar reacciones químicas mediante "nanomatraces"

Un nuevo invento, “frascos” o "matraces" en miniatura que se autoensamblan y tienen tamaños nanométricos, podría resultar una herramienta útil en la investigación y la industria. Los "nanomatraces", que tienen una envergadura de varios nanómetros, o millonésimas de milímetro, pueden acelerar reacciones químicas de manera espectacular. En el futuro, podrían facilitar la fabricación de diversos materiales industriales y quizás incluso servir como vehículos para el suministro de fármacos a puntos específicos del interior del cuerpo.

Este avance es obra del equipo de Rafal Klajn, del Departamento de Química Orgánica en el Instituto Weizmann de Ciencia en Israel.

Klajn y sus colaboradores estaban originalmente estudiando el autoensamblaje de nanopartículas inducido por la luz. Estaban empleando un método desarrollado previamente por Klajn en el que una serie de nanopartículas inorgánicas, recubiertas por una capa individual de moléculas orgánicas, cambian su configuración cuando son expuestas a la luz; estas alteran las propiedades de las nanopartículas, haciendo cosas como que se autoensamblen en cúmulos cristalinos. Cuando nanopartículas esféricas de oro u otros materiales se autoensamblan formando un cúmulo, se generan espacios vacíos entre ellas, como los que hay entre las naranjas apiladas dentro de una caja. Klajn y los miembros de su equipo se dieron cuenta de que los espacios vacíos atrapaban en ocasiones moléculas de agua, lo que les llevó a plantearse que podrían también atrapar moléculas “invitadas” de otros materiales y funcionar como diminutos frascos o matraces para reacciones químicas. Un cúmulo de un millón de nanopartículas poseería un millón de tales nanomatraces.

Cúmulo de nanopartículas de oro bajo un microscopio electrónico de transmisión. Los espacios vacíos entre las nanopartículas pueden actuar como nanomatraces, tal como sugiere el dibujo. (Imagen: Weizmann Institute of Science)

Cuando los científicos atraparon moléculas que tendían a reaccionar entre sí dentro de los nanomatraces, hallaron que la reacción química se producía cien veces más deprisa que la misma teniendo lugar en una solución. Estar confinadas dentro de los nanomatraces incrementó grandemente la concentración de las moléculas y las organizó de una forma que causó que reaccionaran más fácilmente.

Aunque se han creado cúmulos de nanopartículas con espacios vacíos con anterioridad, la ventaja del método del Instituto Weizmann es que estos son dinámicos y reversibles, de manera que las moléculas pueden ser insertadas y liberadas bajo demanda. Los cúmulos se autoensamblan cuando las moléculas son expuestas a luz ultravioleta, pero la exposición a luz normal hace que se desensamblen, de modo que las mismas nanopartículas pueden ser reutilizadas en numerosos ciclos. Además, los científicos encontraron que al agregar a sus nanopartículas una mezcla de ciertas sustancias, podían atrapar moléculas dentro de los nanomatraces de una forma muy selectiva.

En un uso industrial futuro, los nanomatraces podrían demostrar ser útiles en la aceleración de numerosas reacciones químicas, como las reacciones de polimerización necesarias para la fabricación de plásticos. El método podría ser asimismo aplicado algún día en el suministro de fármacos. Estos, transportados dentro de los nanomatraces, serían liberados en el órgano de interés y en el momento adecuado, al poder activar el desensamblaje de los nanomatraces mediante una exposición a la luz.

Información adicional