La nanotecnología es la ciencia y técnicas que se aplican a nivel de nanoescala (una millonésima de milímetro). De este modo, el encapsulado de sustancias de interés alimentario y para medicamentos, esferas huecas, nanofibras o nanotubos son típicos ejemplos de nanoestructuras de interés industrial.

Entre los dispositivos nanoscópicos destacan las nanofibras y nanotubos de carbono con excepcionales propiedades eléctricas y mecánicas, lo que potencia su aplicación como electrodos de baterías, emisores de campo, sistemas de almacenamiento de gases (H2) y de filtración, en tejidos protectores, en biomedicina (ingeniería de tejidos y soportes biomiméticos), como catalizadores y soportes catalíticos, sistemas ópticos, nanocables para aplicaciones en nanoelectrónica y fibras compuestas para reforzar materiales, entre otros.

Las nanopartículas metálicas depositadas o en suspensión y las superficies nanoestructuradas son también ejemplos de materiales de gran interés por las propiedades inusuales que presentan, lo que ha permitido su utilización en campos muy diversos.

De esta forma, estos investigadores, hasta la fecha, han obtenido algunos logros relevantes, entre ellos la preparación de nanofibras y nanotubos de carbono y cerámicos, mediante electrohidródinámica (movimiento de fluidos y electricidad), por generación de chorros simples y compuestos. La técnica de generación electrohidrodinámica de chorros estructurados de tamaños micro o nanométrico se ha usado para la obtención de nanofibras, cuando los chorros son simples, y de nanotubos cuando los chorros son compuestos de dos líquidos concéntricos. Así, a partir de distintos precursores se han preparado diferentes fibras de carbono o cerámicas, como por ejemplo nanofibras y nanotubos (fibras huecas) obtenidas a partir de Lignina.

Otro logro es el uso de nanotubos en catálisis. El uso de Co-electroespining (proceso de alto voltaje para atraer partículas cargadas eléctricamente) con formulaciones sol-gel se ha usado para la obtención de micro y nanopartículas de cerámica, como esferas huecas y nanotubos. Entre los usos de estos materiales destaca la catálisis. Así, por ejemplo, se han preparado fibras (y nanotubos) a partir de un precursor sol-gel de óxido de silicio con Pt dispersado que actúa como fase activa. Estos materiales se han mostrado catalíticamente activos en la reacción de reducción de NO. Se obtienen valores de conversión altos, del orden del 60-70%, a temperaturas relativamente bajas (190 ºC).

También destaca la la preparación de nanopartículas de carbono. Se han obtenido nanopartículas de carbono de elevada pureza por craqueo de distintos hidrocarburos. En la Figura 2 se muestra una micrografía SEM de nanopartículas de carbono de unos 400nm.

Pero eso no es todo, otro logro del proyecto Nanomateriales para aplicaciones avanzadas son las nanopartículas metálicas en fase homogénea (en disolución) o soportadas sobre materiales nanoporosos. Por reducción in situ se han preparado suspensiones de nanopartículas de Plata metálica, de unos 20 nm. Estas suspensiones coloidales se han usado para intensificar la señal del espectro Raman de algunas moléculas orgánicas en disoluciones muy diluidas, como consecuencia de que la molécula se une a la superficie de plata. A este fenómeno se le denomina espectroscopía SERS (Surface-Enhanced Raman Scattering) que también puede observarse sobre superficies de electrodos de plata con irregularidades superficiales a escala nanométrica y que permite monitorizar procesos de adsorción o catálisis de procesos electroquímicos (cambios químicos en corrientes eléctricas y generación de electricidad en reacciones químicas) o catalíticos heterogéneos.

Actualmente se están depositando estas nanopartículas de Agº sobre materiales porosos nanoestructurados, como pueden ser carbones activos o materiales cerámicos tipo zeolitas. El objetivo de esta parte de la investigación es doble; por un lado, comparar el comportamiento del metal depositado con el que se encuentra en fase homogénea, y por otro, la búsqueda de aplicaciones alternativas, como su uso como electrodo o en el campo de la catálisis.

Funcionalización de nanotubos y nanofibras

Los integrantes del grupo, que cuentan, además, con financiación de cuatro proyectos de programas nacionales, tres del programa estratégico de Nanotecnología y distintas contratos con empresas, han conseguido otro exitososo avance como es la funcionalización y modificación de esas nanoestructuras. Esto es interesante tanto por su repercusión sobre las posibles aplicaciones como por la posibilidad de mejorar su solubilidad en disolventes de una cierta polaridad o la preparación de capas moleculares autoensambladas sobre la superficie de carbono o cerámicas. Hoy en día se están sintetizando oligo-p-fenilenos (OPP) con cadenas de oligoetilenglicol (OEG), que son los elementos estructurales requeridos para la modificación de estos materiales con el objetivo de hacerlos biocompatibles. En el campo de la medicina, la encapsulación de medicamentos supone otro gran avance, puesto que, de esta forma, los fármacos cubiertos con un envoltorio biodegradable y biocompatible (cápsula) permiten liberar dichos medicamentos en el momento justo y en el sitio exacto para actuar. Un ejemplo de este caso es la toma de fármacos contra el cáncer, que actúan en las células dañadas y no en las sanas.

Figura 1.- Electrospray compuesto.

Figura 2- Micrografía de barrido electrónico de anoesferas de carbono (escala: 1mm).

Figura 3.- Micrografías TEM de un carbón activo con nanopartículas de Agº.