La investigació, liderada per un equip de la Universitat Rovira i Virgili, demostra com aquests canvis poden afectar el comportament i la funcionalitat d’aquestes partícules

Les nanopartícules, partícules minúscules a escala nanomètrica, tenen propietats úniques que les converteixen en eines excepcionals en una varietat d’aplicacions, des de la medicina fins a l’electrònica. Un dels seus aspectes menys coneguts és que la seva superfície té un paper crucial en el seu comportament i la seva funcionalitat. Una recerca liderada per Vladimir Baulin, investigador distingit del Departament de Química Física i Inorgànica de la Universitat Rovira i Virgili i Wolfgang Parak, Professor de Universität Hamburg, ha revelat com unes molècules anomenades lligands poden crear entorns locals únics dins de la superfície de la nanopartícula. Els resultats d’aquesta recerca s’han publicat a la revista científica Accounts of Chemical Research.

L’estudi ha posat de manifest que els lligands actuen com una capa protectora que proporciona estabilitat a les nanopartícules i evita que aquestes s’aglomerin. Però la seva influència va més enllà de l’estabilitat. Segons aquesta recerca, els lligands també poden canviar la seva càrrega superficial atraient o repel·lint ions. Això modifica la càrrega efectiva de la nanopartícula i, per tant, les seves propietats. Aquest fenomen és conegut com a “cribatge de Debye”. “Aquesta alteració a la càrrega pot tenir un efecte dòmino, influint en altres propietats que podrien haver estat inicialment passades per alt. Aquest entorn local pot tenir un impacte significatiu en el comportament de la nanopartícula, alterant-ne les interaccions amb altres molècules i afectant-ne la funcionalitat”, explica l’investigador Vladimir Baulin.

Comprendre el paper dels lligands i la seva capacitat per crear entorns locals diferents és fonamental en el camp de la recerca per tal d’entendre com poden influir en el comportament de les nanopartícules en diverses aplicacions, com ara la detecció, el lliurament de medicaments o la catàlisi.

En particular, aquest fenomen d’alteració de les propietats superficials té implicacions significatives per a les aplicacions de detecció. La concentració de les substàncies que es mesuren pot variar notablement prop de la superfície de la nanopartícula en comparació amb la solució en general. Comprendre i aprofitar aquesta variació pot donar lloc al desenvolupament de tecnologies de detecció més precises i sensibles.

A més a més, el paper dels lligands també es pot aprofitar a l’hora de modular reaccions químiques que tenen lloc a prop de la superfície de la nanopartícula. Mitjançant l’enginyeria acurada dels lligands es poden crear entorns que filtrin selectivament molècules, accelerin reaccions o atreguin proteïnes específiques, fins i tot en baixes concentracions.

Aquests descobriments poden tenir un impacte significatiu en diversos àmbits, des de la salut fins a la producció química i la nanotecnologia.

Referència bibliogràfica: Schulz, F.; Hühn, J.; Werner, M.; Hühn, D.; Kvelstad, J.; Koert, U.; Wutke, N.; Klapper, M.; Fröba, M.; Baulin, V.; Parak, W. J. Local Environments Created by the Ligand Coating of Nanoparticles and Their Implications for Sensing and Surface Reactions. Acc. Chem. Res. 2023. https://doi.org/10.1021/acs.accounts.3c00139.