Un team di scienziati della Penn State University ha inventato un nuovo sistema che utilizza il magnetismo per purificare le nanoparticelle ibride, strutture composte da due o più tipi di materiali in una particella estremamente piccola visibile solo con un microscopio elettronico. La caposquadra Mary Beth Williams, professore associato di chimica, e Raymond Schaak, un professore di chimica, ha spiegato che il metodo mai provato prima non solo aiuterà gli scienziati a rimuovere le impurità da tali particelle, aiuterà anche i ricercatori a distinguere tra nanoparticelle ibride che sembrano identiche se osservate al microscopio elettronico, ma hanno un magnetismo diverso, una grande sfida nella recente ricerca sulle nanoparticelle. Il sistema mantiene la promessa di contribuire a migliorare i sistemi di somministrazione dei farmaci, tecnologie di targeting per droga, tecnologie di imaging medico, e dispositivi elettronici di memorizzazione delle informazioni. Il paper sarà pubblicato sulla rivista Agewandte Chemie ed è disponibile sul primo sito online della rivista.

Schaak ha spiegato che la purificazione delle nanoparticelle ibride rappresenta una sfida enorme, soprattutto quando le nanoparticelle sono progettate per l'uso umano, ad esempio per la somministrazione di farmaci o come alternativa al mezzo di contrasto per i pazienti sottoposti a studi di risonanza magnetica. "Il problema è che sebbene le molecole vengano sintetizzate e purificate utilizzando metodi ben noti, non esistono metodi analoghi per purificare le nanoparticelle, " Schaak ha detto. "Le particelle ibride sono particolarmente impegnative perché i metodi utilizzati per produrle spesso lasciano impurità che non possono essere facilmente rilevate o rimosse. Le impurità possono modificare le proprietà di un campione, Per esempio, rendendoli tossici, quindi è una grande sfida trovare modi per rimuovere tali impurità".

Il team ha unito le forze per trovare un modo per purificare le nanoparticelle ibride. "Dovevamo trovare un modo per separare le impurità dalle nanoparticelle bersaglio, anche quando queste particelle sono simili per dimensioni e forma, a causa delle conseguenze potenzialmente molto grandi delle impurità sull'uso finale delle nanoparticelle, " ha detto Schaak. Il nuovo sistema del team fa proprio questo. La tecnica innovativa utilizza i componenti magnetici delle nanoparticelle per distinguerle e separare le impurità dalle strutture delle nanoparticelle bersaglio.

"Il nostro metodo utilizza campi magnetici per rallentare il flusso di particelle attraverso minuscoli tubi di vetro chiamati capillari, " ha spiegato Williams. "Usiamo un magnete per tirare le particelle magnetiche contro la parete del tubo e, quando il campo magnetico si riduce, le particelle fuoriescono dal capillare. Il magnetismo aumenta all'aumentare del volume delle particelle, cambiamenti così piccoli e graduali nel campo magnetico ci hanno permesso di separare e distinguere lentamente le nanoparticelle in base a differenze magnetiche e strutturali anche minime".

L'articolo del team mostra come i campi magnetici possono essere utilizzati per separare e distinguere tra nanoparticelle ibride in una miscela di strutture e forme leggermente diverse. In un esempio, i ricercatori hanno separato "nano-fiori, "così chiamati per la loro disposizione simile a un petalo attorno a un nucleo solido, da particelle di forma sferica. Williams ha spiegato che il magnetismo delle particelle dipende dalla loro forma, così particelle di forma diversa aderiscono alla parete del capillare quando vengono applicati diversi campi magnetici, permettendo così ai ricercatori di distinguere tra le diverse particelle.

In un altro esempio nel giornale, i ricercatori hanno mostrato come il metodo del campo magnetico può essere utilizzato con una classe di nanoparticelle soprannominata "nano-oliva, " che è una particella sferica composta da due diversi materiali uniti in una forma che ricorda un'oliva. Le nano-olive, che sono composti da ferro, platino, e ossigeno, può sembrare uguale, ma possono avere composizioni interne leggermente diverse che sono impossibili da rilevare al microscopio. "Per esempio, alcuni possono avere più contenuto di ferro, " ha spiegato Schaak. "Questa è una proprietà che possiamo usare per la purificazione con il nostro metodo perché queste nanoparticelle sono un po' più magnetiche. Si attaccano più facilmente alle pareti dei tubi capillari, mentre le particelle magneticamente più deboli fuoriescono."

Il nuovo metodo di purificazione e separazione ha molte applicazioni, soprattutto nel campo della medicina e della diagnostica. Per esempio, le nanoparticelle potrebbero essere utilizzate al posto del mezzo di contrasto quando i pazienti vengono sottoposti a studi di imaging MRI. Tali particelle potrebbero essere utilizzate per tracciare dove viaggia un farmaco nel corpo umano. "Alcuni pazienti sono allergici ai tradizionali coloranti di contrasto, quindi le nanoparticelle offrono un'alternativa promettente, " ha detto Williams.

Williams ha anche spiegato che uno dei sogni molto futuristici della ricerca sulle nanoparticelle è che un giorno possa essere utilizzato per migliorare i farmaci antitumorali. "Sfortunatamente, i farmaci chemioterapici non discriminano:attaccano i tessuti sani, così come il tessuto canceroso, "Ha detto Williams. "Se potessimo usare la tecnologia delle nanoparticelle per manipolare esattamente dove stanno andando i farmaci, quale tessuto attaccano, e che lasciano soli, potremmo ridurre notevolmente alcuni dei cattivi effetti collaterali della chemioterapia, come perdita di capelli e nausea. Ma per fare questo dobbiamo essere in grado di separare le impurità delle nanoparticelle per renderle sicure per l'uso medico. È qui che entra in gioco questa nuova tecnologia".

Oltre a Williams e Schaak, altri membri del gruppo di ricerca includono Jacob S. Beveridge, Matteo R. Buck, e James F. Bondi del Dipartimento di Chimica della Penn State; e Rajiv Misra e Peter Schiffer del Dipartimento di Fisica e del Materials Research Institute della Penn State.