El objetivo final de la nanotecnología se centra en la
capacidad de diseñar y construir materiales átomo por átomo, permitiendo a los
científicos controlar sus propiedades en cualquier escenario. Por lo ex-
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| Muestra líquida entre dos láminas de grafeno. Crédito: IBS |
puesto resulta importante determinar con precisión
las disposiciones atómicas tridi- mensionales en solución líquida, para
comprender cómo se comportan los nano-materiales.
Investigadores del Instituto de Ciencias Básicas (IBS, Corea del Sur), en
colaboración con el Dr. Hans Elmlund de la Universidad de Monash en Australia y
el Dr. Peter Ercius de la del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (EE.UU),
han informado, en el artículo Critical differences in 3D atomic structure
of individual ligand-protected nanocrystals in solution, publicado el 2 de
abril en la revista Science, sobre una nueva metodología analítica destinada a resolver
la estructura tridimensional de
nanopartículas individuales con resolución a nivel atómico. Las posiciones
atómicas tridimensionales individuales se pueden establecer con una precisión
de 0,02 nm, seis veces más pequeña que
el átomo de hidrógeno, el más pequeño.
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| Cada esfera blanca representa un átomo de Pt. Crédito: IBS |
En otras palabras, el método de
alta resolución detecta átomos individuales y cómo están dispuestos dentro de
una nanopartícula. Los inves-tigadores denominan a su desarrollo 3-D SINGLE y utilizan algoritmos matemá-ticos para lograr las estructuras tridimensionales a partir de
un conjunto de datos de imágenes bidimensionales adquiridas utilizando un potente microscopio . Primero, una solución de nanocristales se
intercala entre dos láminas de grafeno, cada una de las cuales tiene un solo
átomo de espesor. Los investigadores obtienen películas a 400 imágenes
por segundo de cada nanopartícula que gira libremente en líquido utilizando un
microscopio electrónico de transmisión de alta resolución (TEM). Luego, aplican
su metodología de reconstrucción para combinar las imágenes bidimensionales y
obtener un mapa tridimensional con la disposición atómica. La localización
de la posición precisa de cada átomo permite inferir cómo se creó la
nanopartícula y cómo interactuará en procesos fisicoquímicos. El estudio se
realizó sobre las estructuras atómicas
de nanopartículas de platino. Todas las partículas se sintetizaron en el
mismo lote, no obstante mostraron diferencias importantes en sus estructuras
atómicas, diferencias capaces de afectar su rendimiento. En particular, la técnica
puede medir el desplazamiento atómico y la tensión en los átomos de la superficie de las
nanopartículas individuales. El análisis de reconstrucción tridimensional
facilita la caracterización de los sitios activos en los nanocatalizadores a
escala atómica, permitiendo un diseño basado en la estructura para mejorar la actividad
catalítica. La metodología desarrollada contribuirá en los campos donde
se utilizan nanomateriales, como las pilas de combustible, los vehículos de
hidrógeno y la síntesis petroquímica. El algoritmo también permitirá el desarrollo
de nuevos fármacos por ejemplo a través
del análisis de la estructura de proteínas y la utilización de big data, conduciendo
a una mayor interacción en la investigación
de convergencia.
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