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Buckyballs con sorpresa
Una startup con sede en Virginia llamada Luna nanoWorks está a punto de comercializar una versión novedosa de buckyballs, moléculas de carbono con forma de balón de fútbol, que, según la compañía, podrían mejorar las imágenes de resonancia magnética (MRI) y generar células solares de alta eficiencia. Cada buckyball está hecha de 80 átomos de carbono con grupos de nitruro metálico atrapados en su interior, creando un nanomaterial con nuevas propiedades electrónicas, ópticas y magnéticas.
Luna nanoWorks está comercializando un nuevo tipo de buckyball en el que 80 átomos de carbono encierran tres átomos de metales de tierras raras en un complejo de nitruro metálico. La molécula es prometedora para mejorar las imágenes de resonancia magnética y fabricar células solares de alta eficiencia, según la compañía. (Crédito: Robert Lenk, presidente, Luna nanoWorks)
El nuevo material fue fabricado por primera vez por Harry Dorn y sus colegas de Virginia Tech, en Blacksburg, VA, por accidente. Los científicos suelen crear buckybolas (las esferas huecas hechas de 60 átomos de carbono son las más comunes) al generar un arco eléctrico entre dos electrodos de grafito. Cuando los investigadores de Virginia Tech estaban fabricando estos fullerenos utilizando electrodos metálicos con catalizador, se filtró aire a la cámara de arco eléctrico. El resultado fue una gran cantidad de jaulas de buckyball de 80 carbonos, cada una con una molécula de nitruro metálico con tres átomos metálicos atrapados en su interior.
Los investigadores han encerrado moléculas de metal en buckybolas antes, pero estas son las primeras buckybolas que encierran moléculas de nitruro de metal altamente inestables. Es más, la buckyball de 80 carbonos en sí misma era inusual: nadie antes había hecho una, ya sea hueca o rellena. Aunque las moléculas de nitruro metálico y la buckyball de 80 carbonos no existen por mucho tiempo por sí solas, se estabilizan entre sí en la nueva disposición. Luna nanoWorks, con sede en Danville, VA, puede producir fullerenos con varias combinaciones de metales de tierras raras, como escandio, itrio y lantano.
La buckyball tiene una carga neta negativa, mientras que el grupo de metal tiene una neta positiva. Esta distribución de carga de la molécula de fullereno metálico le confiere propiedades interesantes, que los investigadores aún están tratando de comprender. Es un material muy inusual, no un compuesto común y corriente, dice James Cross , profesor de química en la Universidad de Yale. Fácilmente podría haber varias aplicaciones prácticas, la más prometedora es la mejora de la resonancia magnética, dice.
Luna nanoWorks, que obtuvo la licencia de la tecnología de Virginia Tech, dice que los materiales podrían utilizarse como un agente de contraste más eficaz en la resonancia magnética, que se utiliza para obtener imágenes de tejidos blandos del cuerpo como el cerebro y la médula espinal. Actualmente, los médicos inyectan gadolinio en el cuerpo de un paciente justo antes de un examen de resonancia magnética. El metal mejora la resolución de los escaneos y aumenta el contraste de la imagen. Pero el gadolinio es tóxico, por lo que está envuelto con un compuesto orgánico. Esto no elimina por completo el riesgo de toxicidad, dice Cross, y limita la cantidad de gadolinio que los médicos pueden inyectar en el cuerpo del paciente.
Por el contrario, la buckyball de 80 carbonos es una jaula mucho más resistente para atrapar el nitruro de gadolinio para la próxima generación de agentes de contraste donde desea dirigirlos a un órgano o enfermedad en particular, dice Robert Lenk, presidente de Luna nanoWorks. De hecho, Dorn y sus colegas de Virginia Tech han demostrado que los fullerenos de nitruro metálico muestran un contraste 40 veces mejor que los agentes de contraste actualmente en el mercado, aunque aún no se comprende el mecanismo exacto detrás de eso. Sin embargo, antes de que el material pueda usarse para resonancia magnética, tendría que someterse a una serie de pruebas de seguridad y toxicidad, y obtener la aprobación de la Administración de Alimentos y Medicamentos. La compañía planea hacer esto una vez que el material se haya desarrollado por completo.
Atrapar otros metales en la buckyball podría dar lugar a diferentes aplicaciones. Luna nanoWorks planea usar estos nanomateriales para fabricar nuevos tipos de células solares altamente eficientes, aunque Lenk se negó a explicar cómo funcionarían. Cuando los fotones golpean materiales fotovoltaicos, se crean un electrón cargado negativamente y un agujero cargado positivamente que a menudo se recombinan y no contribuyen a la corriente eléctrica. Una de las áreas activas de investigación en este momento es encontrar formas más eficientes de separar el par electrón-agujero antes de que puedan recombinarse y, por lo tanto, aumentar la eficiencia de los paneles solares, dice Lenk.
Luna nanoWorks ya vende cantidades de miligramos de los materiales a los investigadores, y poder producir cantidades tan relativamente grandes distingue a la compañía de otras en el campo de la investigación, dice Cross. Si bien los grupos alemanes y japoneses han realizado un trabajo significativo con los fullerenos de nitruro metálico, ninguno tenía una forma de producir cantidades adecuadas del material. Obtendrían algunos microgramos de estas cosas, dice Cross. Claramente, no fue suficiente hacer ningún tipo de química seria o encontrar aplicaciones. El método de Dorn, por otro lado, crea gramos del material.
Hay todo tipo de cosas que podría hacer con este material colocando varias moléculas de metal en su interior, dice Cross. Bien podría ser un prototipo de una serie mucho más extensa de compuestos que pueden tener su propio conjunto de propiedades interesantes.