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La innovadora 'mega biblioteca' brinda a los ingenieros de materiales una nueva esperanza


Una herramienta innovadora para descubrir nuevos materiales se ha mostrado prometedora para los ingenieros de materiales.

A lo largo de la historia, las civilizaciones han sido conocidas por las herramientas que crearon y dejaron atrás. Para crear esas herramientas, los ingenieros de todas las épocas han tenido que acceder a materiales para lograr sus objetivos. En la era moderna, esto a menudo llevó a los innovadores a crear sus propios materiales únicos.

Un estudio de las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS) explicó cómo una herramienta podría facilitar esa tarea a los ingenieros modernos. Un equipo de la Universidad Northwestern creó una forma de probar rápidamente miles de millones de nanopartículas 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. Mirkin fue el autor correspondiente del estudio y es una autoridad mundial en la investigación de la nanotecnología y sus aplicaciones. "Esta investigación proporciona una prueba de concepto: que este poderoso enfoque de la ciencia del descubrimiento funciona".

Ir más pequeño que grande

La nueva herramienta utiliza una megaliblioteca de nanopartículas. Esas megalibliotecas funcionan como una colección de estructuras variadas codificadas en sitios específicos en una superficie, explicaron los investigadores.

Usando una técnica desarrollada por Mirkin, las bibliotecas colocan cientos de miles de puntas piramidales en puntos de polímero individuales. Estos "puntos" están cargados con una variedad de sales metálicas. Una vez que los investigadores calientan los puntos, los reducen a átomos de metal que forman una sola nanopartícula con una composición y tamaño distintos y fijos.

En lugar de "pensar en grande" con los materiales, como han hecho otros equipos de investigadores, Mirkin dijo que hacerlo pequeño le dio al equipo de Northwestern una clara ventaja.

“Al ser pequeños, creamos dos ventajas en el descubrimiento de materiales de alto rendimiento”, dijo Mirkin.

“Primero, podemos empaquetar millones de características en áreas de centímetros cuadrados, creando un camino para crear las bibliotecas más grandes y complejas hasta la fecha. En segundo lugar, al trabajar en una escala de longitud inferior a 100 nanómetros, el tamaño puede convertirse en un parámetro de biblioteca y gran parte de la acción, por ejemplo, en el campo de la catálisis, se realiza en esta escala de longitud ", continuó.

Cómo se podría utilizar la megalibrary

Northwestern ya ha tenido algo de suerte al poner a prueba esta megabiblioteca. Se asociaron con el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, parte del Centro de Excelencia de la Fuerza Aérea de los EE. UU. Para Nanomateriales Bioprogramables Avanzados en Northwestern.

La megaliblioteca y una técnica de detección basada en espectroscopía Raman in situ llamada ARES ayudaron a los investigadores a identificar un nuevo catalizador de oro y cobre. Puede usarse como catalizador para sintetizar nanotubos de pared simple hechos de carbono.

Los nanotubos de carbono han ganado popularidad en la nanotecnología y la nanoingeniería. Son livianos, flexibles e increíblemente fuertes. Se han utilizado en todo, desde la administración de fármacos hasta aditivos en plásticos.

“Pudimos concentrarnos rápidamente en una composición óptima que produjera el mayor rendimiento de nanotubos mucho más rápido que con los métodos convencionales”, dijo Benji Maruyama, coautor del estudio del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea.

"Los hallazgos sugieren que podemos tener la herramienta de descubrimiento definitiva, un cambio potencial en el descubrimiento de materiales".


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