el descubrimiento rápido de nuevos materiales

Las diferentes épocas de la civilización se definen por el descubrimiento de nuevos materiales, ya que los nuevos materiales impulsan nuevas capacidades.

Y, sin embargo, identificar el mejor material para una aplicación determinada (catalizadores, estructuras de captación de luz, etiquetas de diagnóstico biológico, productos farmacéuticos y dispositivos electrónicos) es tradicionalmente una tarea lenta y desalentadora.

Las opciones son casi infinitas, particularmente en la nanoescala (un nanómetro es una billonésima parte del metro) donde las propiedades del material (óptica, estructural, eléctrica, mecánica y química) pueden cambiar significativamente, incluso en una composición fija.

Un nuevo estudio publicado esta semana en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ) respalda la eficacia de una nueva herramienta potencialmente.

Revolucionaria desarrollada en la Northwestern University para probar rápidamente millones (incluso miles de millones) de nanopartículas para determinar cuál es la mejor para un uso específico.

«Al utilizar métodos tradicionales para identificar nuevos materiales, apenas hemos arañado la superficie de lo que es posible», dijo Chad A. Mirkin, de Northwestern, el autor correspondiente del estudio y líder mundial en investigación de nanotecnología y sus aplicaciones.

«Esta investigación proporciona una prueba de concepto: este poderoso enfoque de la ciencia del descubrimiento funciona».

La nueva herramienta utiliza una biblioteca combinatoria, o megalibrería, de nanopartículas de una manera muy controlada. (Una biblioteca combinatoria es una colección de estructuras variadas sistemáticamente codificadas en sitios específicos en una superficie).

Las bibliotecas se crean utilizando la técnica de litografía de pluma de polímero (PPL) de Mirkin, que se basa en matrices (conjuntos de elementos de datos) con cientos de miles de puntas piramidales para depositar «puntos» de polímeros individuales de varios tamaños y composiciones, cada uno cargado con diferentes sales metálicas.

De interés, sobre una superficie. Una vez que se calientan, estos puntos se reducen a átomos de metal que forman una sola nanopartícula con composición y tamaño fijos.

«Al reducirse, creamos dos ventajas en el descubrimiento de materiales de alto rendimiento», dijo Mirkin, profesor de química George B. Rathmann en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg;

Profesor de ingeniería química y biológica, ingeniería biomédica y ciencia de materiales e ingeniería en la Escuela de Ingeniería McCormick; y director ejecutivo del Instituto Internacional de Nanotecnología de Northwestern (IIN).

«Primero, podemos empaquetar millones de funciones en áreas de centímetro cuadrado, creando una ruta para crear las bibliotecas más grandes y complejas, hasta la fecha.

En segundo lugar, al trabajar en la escala de sub-100 nanómetros de longitud, el tamaño puede convertirse en un parámetro de biblioteca y gran parte de la acción, por ejemplo, en el campo de la catálisis, está en esta escala de longitud «.

El nuevo estudio es una asociación entre el IIN de Northwestern y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea como parte del Centro de Excelencia de la Fuerza Aérea de los EE. UU.

Para Nanomateriales Bioprogramables Avanzados en Northwestern. El equipo utilizó una megalibrería y una técnica de detección basada en espectroscopia Raman in situ llamada ARES para identificar Au3Cu (una composición de oro y cobre) como un nuevo catalizador para sintetizar nanotubos de carbono de pared simple.

(ARES fue desarrollado por Benji Maruyama, líder, Equipo de Investigación de Materiales y Procesos Flexibles, Dirección de Fabricación y Materiales, Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea, y Rahul Rao, científico investigador, Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea y UES, Inc.)

Los nanotubos de carbono son moléculas ligeras, flexibles y más fuertes que el acero que se utilizan para el almacenamiento de energía, la administración de medicamentos y los aditivos que mejoran las propiedades de muchos materiales plásticos.

El proceso de selección tardó menos de una semana en completarse y es miles de veces más rápido que los métodos de detección convencionales.

«Pudimos concentrarnos rápidamente en una composición óptima que produjera el mayor rendimiento de nanotubos mucho más rápido que utilizando métodos convencionales», dijo Maruyama, coautora del estudio. «Los hallazgos sugieren que podemos tener la última herramienta de descubrimiento: un posible cambio de juego en el descubrimiento de materiales».

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