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  • Investigación y Ciencia
  • Julio 2018Nº 502

Nanotecnología

Partículas bicéfalas

Las partículas de Jano, curiosas nanoestructuras con dos caras, están ofreciendo nuevas posibilidades en biomedicina, química analítica y ciencias ambientales.

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«Unos nuevos animalillos» con un gran potencial práctico. Así presentaba las partículas de Jano el investigador Pierre-Gilles de Gennes durante su discurso de recepción del premio Nobel de física, concedido en 1991 por sus contribuciones al estudio de los cristales líquidos y los polímeros. Sintetizadas por primera vez en 1988 por Christiane Casagrande y su equipo en el Laboratorio de Física de la Materia Condensada del CNRS francés, estas partículas deben su nombre a Ianus, o Jano, el dios de los comienzos y los finales en la mitología romana, que, debido a su carácter dual, era representado con dos caras mirando hacia lados opuestos.

Esa dualidad es justamente la característica principal de las partículas de Jano. Por contraposición a las partículas normales, las cuales se componen de un único material, las partículas de Jano constan de dos o más sustancias distribuidas de forma asimétrica. Son por ello multifuncionales, ya que combinan propiedades diversas en distintas zonas de una misma unidad estructural. La distribución de dichos materiales puede variar desde unos pocos puntos de un material dispersos en el otro hasta dos semiesferas, entre otras posibilidades. Además, las partículas de Jano son a menudo de tamaño nanométrico, lo que permite aprovechar las ventajas inherentes a los nanomateriales, como su elevada relación entre área y volumen o su alta capacidad catalítica; es decir, la facultad para acelerar reacciones químicas. El hecho de que combinen diferentes propiedades químicas y físicas (ópticas, eléctricas o magnéticas) en una misma unidad las hace aptas para todo tipo de aplicaciones que serían imposibles de llevar a cabo con partículas tradicionales.

En los últimos años, el diseño de nanopartículas de Jano ha atraído el interés científico en diversas áreas. Sus novedosas propiedades, como la anfifilicidad (ser a la vez hidrófilas e hidrófobas) o la capacidad de autopropulsión han permitido su empleo en disciplinas tan diversas como la química analítica, la biomedicina o las ciencias ambientales. A la vista de estos avances, cabe esperar que, en un futuro cercano, se popularice el uso de estas partículas en el tratamiento de aguas, el diseño de nuevos biosensores o la liberación controlada de fármacos, entre otras aplicaciones.

Nuevas posibilidades químicas
Las nanopartículas de Jano presentan importantes usos como catalizadores de reacciones químicas en interfases líquido-líquido. Estas reacciones tienen interés en procesos industriales en los que se presentan sistemas en dos fases, una acuosa y otra orgánica. Por ejemplo, en la mejora de biocombustibles, la elevada cantidad de agua de la materia prima y el carácter orgánico del producto hacen que la existencia de dos fases resulte inevitable. En estos casos, la preparación de una emulsión (la dispersión de un líquido en otro inmiscible con él, como la que forman las gotas de aceite en el agua) se muestra muy adecuada, ya que aumenta la superficie de contacto entre ambos líquidos. Para estabilizar las emulsiones suelen emplearse agentes emulsificantes, como los detergentes; sin embargo, su uso presenta el problema de que dichos agentes deben retirarse para que no interfieran en la mezcla de reacción.

Se ha visto que las partículas de Jano con una cara hidrófila y otra hidrófoba actúan como estabilizantes de las emulsiones, ya que tienden a situarse de manera natural en la interfase entre ambos medios (el lado hidrófilo se sitúa en la fase acuosa, y el hidrófobo, en la fase orgánica). Esta propiedad permite prescindir de los emulsificantes. Pero, además, si las partículas de Jano contienen un catalizador, pueden usarse para favorecer las reacciones de interés.

 

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