A volte più grande non è meglio. I ricercatori del Savannah River National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno dimostrato con successo che possono sostituire piccole particelle utili di titanato monosodico (MST) con particelle di dimensioni nanometriche ancora più piccole, rendendoli ancora più utili per una varietà di applicazioni.
MST è un materiale a scambio ionico utilizzato per decontaminare soluzioni di acque reflue radioattive e industriali, e ha dimostrato di essere un modo efficace per fornire metalli nelle cellule viventi per alcuni tipi di cure mediche. Tipicamente, MST, e una forma modificata nota come mMST sviluppata da SRNL e Sandia National Laboratories, sono in forma di polveri fini, particelle di forma sferica di circa 1-10 micron di diametro.
"Rendendo ogni particella più piccola, " dice il dottor David Hobbs di SRNL, capofila del progetto di ricerca, "aumenti la superficie, rispetto al volume totale della particella. Poiché la superficie della particella è dove avvengono le reazioni, hai aumentato l'area di lavoro del MST." Ad esempio, una particella di 10 nanometri ha un rapporto superficie-volume che è 1000 volte quello di una particella di 10 micron. Così, questo progetto ha cercato di sintetizzare materiali di titanato che presentano dimensioni delle particelle su nanoscala (1 – 200 nm). Dopo aver sintetizzato con successo i titanati di dimensioni nanometriche, il team ha studiato e ha scoperto che le particelle più piccole mostrano effettivamente buone caratteristiche di scambio ionico. Servono anche come fotocatalizzatori per la decomposizione di contaminanti organici e sono piattaforme efficaci per la somministrazione di metalli terapeutici.
Il Dr. Hobbs e i suoi partner nel progetto hanno esaminato tre metodi per produrre particelle di dimensioni nanometriche, risultando in tre diverse forme. Uno è un metodo sol-gel, simile al processo utilizzato per produrre particelle MST "normali" di dimensioni micron, ma utilizzando tensioattivi e concentrazioni diluite di sostanze chimiche reattive per controllare la dimensione delle particelle. Questo metodo ha prodotto particelle sferiche di circa 100 – 150 nm di diametro.
Un secondo metodo è iniziato con particelle di dimensioni tipiche di un micron, quindi delaminati e "decompressi" per produrre particelle fibrose di circa 10 nm di diametro e lunghe 100 – 150 nm. Il terzo metodo, che era stato precedentemente riportato nella letteratura scientifica, era una tecnica idrotermale che produceva nanotubi con un diametro di circa 10 nm e lunghezze di circa 100 -500 nm.
Il team aveva una notevole esperienza nel lavorare con MST, avendolo precedentemente modificato con perossido per formare mMST, che mostra prestazioni migliorate nella rimozione di determinati contaminanti dai rifiuti radioattivi e nella fornitura di metalli per cure mediche. Nanosize MST prodotto da tutti e tre i metodi è stato convertito con successo nella forma modificata con perossido. Come con i titanati di dimensioni micron, i titanati nanosize modificati con perossido mostrano un colore giallo. L'intensità del colore giallo è apparsa meno intensa con i nanotubi prodotti idrotermicamente, suggerendo che la superficie chimicamente resistente dei nanotubi potrebbe limitare la conversione in mMST.
I test hanno confermato che i materiali funzionano come efficaci scambiatori di ioni. Per esempio, i campioni sferici di nanoMST e di nanotubi e le loro rispettive forme modificate con perossido rimuovono lo stronzio e gli attinidi dai rifiuti radioattivi alcalini ad alta attività. In condizioni debolmente acide, i titanati e i perossotitanati di dimensioni nanometriche hanno rimosso più del 90% di 17 diversi ioni metallici.
I titanati "decompressi" e le loro forme modificate con perossido si sono rivelati fotocatalizzatori particolarmente buoni per la decomposizione di contaminanti organici.
I test di screening in vitro hanno mostrato che i titanati scambiati con metalli di dimensioni sia nanometriche che micron inibiscono la crescita di un certo numero di tumori orali e di linee cellulari batteriche. Il meccanismo di inibizione non è noto, ma i risultati preliminari della microscopia elettronica a scansione suggeriscono che i titanati possono interagire direttamente con la parete del nucleo per fornire una concentrazione di ioni metallici sufficiente al nucleo cellulare per inibire la replicazione cellulare.
