El oro, que tanto ha atraído y atraído a la gente, es el metal precioso por excelencia. Su color y brillo típicos siempre se han asociado con la riqueza y el poder. Es uno de los pocos metales que se encuentran en la naturaleza en un estado (casi) puro y puede resistir los efectos del fuego sin ennegrecerse, lo que ha llamado la atención desde los inicios de la civilización. Sin embargo, aquí te mostramos cómo Las propiedades del oro son mucho más interesantes cuando su color no es el que vemos todos los días. sino un área que va de rojo a violeta cuando está en suspensión en lugar de en un estado sólido.
Vayamos paso a paso y expliquemos primero cuál es el nanotecnología. Esto se puede definir como la síntesis y estudio de la materia a escala nanométrica, es decir, con una dimensión en el rango de 1 nm a 500 nm (aproximadamente). ¿Qué tan pequeño es el nanómetro (nm)? Un nanómetro mide 0.000000001 m, por ejemplo, un cabello mide aproximadamente 100,000 nm de ancho y tus uñas crecen a una velocidad de 1 nm por segundo. En resumen, muy, muy pequeña, la escala más pequeña antes de entrar en el “mundo” de las moléculas y los átomos. La principal característica de la materia en esta escala es que sus propiedades fisicoquímicas dependen de su tamaño: una partícula que mide 2 nm más que su “compañera” muestra un punto de fusión diferente, una señal de fluorescencia diferente o un color diferente en el rango visible, como veremos a continuación …
Figura 1. Porcentaje de átomos en el interior y en la superficie en función del tamaño de partícula
Cuando la materia tiene dimensiones nanométricas Aparecen fenómenos extraños, al menos cuando los comparamos con nuestra experiencia diaria en el mundo macroscópico. Una de las propiedades más importantes de la escala nanométrica es que los átomos que forman la materia se encuentran en gran parte en la superficie del objeto (Figura 1). En el mundo macroscópico, en los objetos que nos rodean o dentro de nosotros mismos, el 99,9% de los átomos están en el interior y el resto en la superficie. En una partícula de tamaño nanométrico (nanopartícula), alrededor de 3 nm, el 60% de los átomos están en la superficie. Este hecho cambia por completo sus propiedades fisicoquímicas, haciéndolas, por ejemplo, más reactivas.
Pero volvamos al oro. La química aplicada a la nanotecnología permite producir nanopartículas de oro de forma sencilla y con un buen control de su tamaño. Si tenemos Nanopartículas de oro dispersas en agua, por ejemplo alrededor de 5 nm, el color no tiene nada que ver con lo que estamos acostumbrados. (Figura 2). En este tamaño, las nanopartículas de oro tienen un color rojizo similar al del vino tinto, como se puede apreciar en la figura, que nada tiene que ver con el color típico del oro a escala macroscópica.
Figura 2. El fenómeno de la resonancia del plasmón superficial y las nanopartículas de oro en el agua.
¿Pero por qué? ¿Qué está sucediendo en la nanoescala para que el color sea tan diferente? Para entenderlo, tenemos que explicar el fenómeno, que es la resonancia del Plasmón de superficie (SPR en inglés). En pocas palabras: si tenemos nanopartículas de oro tan pequeñas (que también es el caso de otras partículas metálicas), la nube de electrones de los átomos de la superficie vibra juntas cuando la luz incide sobre ellas (Figura 2). Esta vibración se amplifica (entra en resonancia) a una cierta longitud de onda, creando una fuerte absorción de luz y el color no absorbido aparece como el color resultante. Debido a esto, las nanopartículas de oro como las de la imagen tienen un color específico dependiendo de su tamaño (y forma), pero esa es una historia diferente. Cuando cae la luz visible, muestran una banda de absorción muy intensa que crea este color característico.
Este hecho no dejaría de ser anecdótico si no fuera por lo comentado anteriormente: las propiedades dependientes del tamaño en la nanoescala. Entonces, ¿qué sucede si cambiamos el tamaño de las nanopartículas de oro como en la Figura 2? Bueno, cambiar el tamaño de la nanopartícula cambia la longitud de onda de resonancia y por lo tanto el color que observamos cuando las nanopartículas se dispersan. La Figura 3 muestra nanopartículas de oro con exactamente la misma composición química pero diferentes tamaños, lo que significa que el color varía. En este caso, debido a la escala en la que nos encontramos, este fenómeno se produce sin cambiar la composición de las nanopartículas.
Figura 3. Nanopartículas de oro dispersas en agua de varios tamaños.
Esta es la clave de la utilidad de estas partículas; ¿Qué pasa si este cambio de tamaño ocurre dependiendo de la presencia o ausencia de una sustancia en particular? Pues tendríamos un sensor con el que podríamos registrar y cuantificar esta sustancia de forma rápida y económica. Podemos definir un sensor como una sustancia que detecta cambios en su entorno, lo que resulta en un cambio en una cantidad medible. En este caso, el cambio implica una variación en el tamaño de las nanopartículas, que se refleja en un “color” diferente de las nanopartículas.
De hecho, muchas de las personas que leen este artículo pueden haber conocido este proceso desde entonces. Forma parte de uno de los sensores in vitro más utilizados a diario: las pruebas de embarazo. La figura 4 muestra esquemáticamente cómo funciona una prueba de embarazo basada en nanopartículas de oro. Es básicamente un ensayo de flujo lateral inmunológico.
Figura 4. Esquema de una prueba de embarazo basada en nanopartículas de oro. Reproducido de “Industrial Applications of Nanoparticles” doi: 10.1039 / C4CS00362D con permiso de la Royal Society of Chemistry.
Estos dispositivos suelen tener dos ventanas, una para controlar la medición, que indica que el resultado es válido, y otra que muestra si la medición es positiva o negativa (Figura 4a). Como se puede ver en la Figura 4c (1), hay cuatro áreas diferenciadas. En el primer caso, se deposita la muestra, en este caso orina. El segundo caso involucra las nanopartículas de oro a las que un anticuerpo se ha unido químicamente en su superficie. Este anticuerpo reconoce el analito (sustancia en la orina que queremos detectar o cuantificar), en este caso habitualmente la gonadotropina coriónica humana (HCG), que se produce en la placenta durante el embarazo. El tercero contiene un anticuerpo que también reconoce el analito, y el último consiste en la línea de control, que contiene un segundo anticuerpo que reconoce el primer anticuerpo unido a las nanopartículas para comprobar la validez de la medición. Cuando se deposita la muestra, el líquido arrastra las nanopartículas después de alcanzar la banda de detección. Si el analito está presente, las nanopartículas se unen a través de sus anticuerpos y tenemos un resultado positivo. Si la medición fue correcta, se unen al segundo conjunto de anticuerpos para validar la medición (Figura 4c (3)). Debido a las excelentes propiedades ópticas de las nanopartículas, la cantidad que debe utilizarse para generar una banda de color claramente visible es mínima.
Este es solo un ejemplo de cómo las propiedades dependientes del tamaño que caracterizan a los nanomateriales pueden usarse para diagnósticos in vitro como en el caso de la prueba de embarazo o in vivo en ejemplos de imágenes médicas.
Aprende más:
(1) Stark, WJ; Stoessel, PR; Wohlleben, W.; Hafner, A. Aplicaciones industriales de nanopartículas. Chem. Soc. Rev.2015, 44, 5793- 5805.
(dos) https://www.quo.es/salud/a25405289/pruebas-para-detecta-el-cancer/
(3) Chang, C.-C.; Chen, C.-P.; Wu, T.-H.; Yang, C.-H.; Lin, C.-W.; Chen, C.-Y. Estrategias colorimétricas basadas en nanopartículas de oro para aplicaciones de sensores químicos y biológicos. Nanomater. (Basilea, Suiza) 2019, 9.
