I ricercatori dell'Università della Georgia stanno dando un nuovo significato alla frase "trasformare la ruggine in oro" e rendendo l'uso dell'oro nei contesti di ricerca e nelle applicazioni industriali molto più conveniente.

La ricerca è simile a una sorta di moderna alchimia, disse Simona Hunyadi Murph, professore a contratto presso il dipartimento di fisica e astronomia dell'UGA Franklin College of Arts and Sciences. I ricercatori combinano piccole quantità di nanoparticelle d'oro con nanoparticelle magnetiche di ruggine per creare una nanostruttura ibrida che conserva sia le proprietà dell'oro che della ruggine.

"Gli alchimisti medievali cercavano di creare l'oro da altri metalli, " ha detto. "Questo è un po' quello che abbiamo fatto con la nostra ricerca. Non è vera alchimia, in senso medievale, ma è una sorta di versione del 21° secolo".

L'oro è stato a lungo una risorsa preziosa per l'industria, medicinale, odontoiatria, computer, elettronica e aerospaziale, tra gli altri, grazie a proprietà fisiche e chimiche uniche che lo rendono inerte e resistente all'ossidazione. Ma a causa del suo costo elevato e dell'offerta limitata, i progetti su larga scala che utilizzano l'oro possono essere proibitivi. Alla nanoscala, però, usare una quantità molto piccola di oro è molto più conveniente.

Nel nuovo studio pubblicato questa estate in Journal of Physical Chemistry C , i ricercatori hanno utilizzato la chimica della soluzione per ridurre gli ioni d'oro in una struttura metallica d'oro usando citrato di sodio. In questo processo, se altri ingredienti, in questo caso ruggine, sono presenti nel recipiente di reazione durante il processo di trasformazione, le strutture metalliche dell'oro si nucleano e crescono su questi "ingredienti, " altrimenti noto come supporti.

"Siamo davvero entusiasti di condividere le nostre nuove scoperte. Quando i ricercatori considerano l'oro come un potenziale materiale per la ricerca, parliamo di quanto sia costoso l'oro. Per la prima volta in assoluto, siamo stati in grado di creare una nuova classe di prodotti più economici, altamente efficiente, non tossico, nanomateriali ibridi magneticamente riutilizzabili che contengono un materiale molto più abbondante - ruggine - rispetto al tipico metallo nobile oro, " disse Murph, che è anche uno scienziato principale presso la Direzione della sicurezza nazionale presso il Savannah River National Laboratory ad Aiken, Carolina del Sud.

Quando i materiali vengono scomposti in dimensioni per raggiungere dimensioni su scala nanometrica-1-100 nanometri, che è circa 100, 000 volte più piccole del diametro dei capelli umani:queste sostanze possono assumere nuove proprietà. Per esempio, l'oro sfuso non mostra proprietà catalitiche; però, su scala nanometrica, l'oro è un catalizzatore efficiente, accelerando il cambiamento chimico per molte reazioni tra cui l'ossidazione, produzione di idrogeno o riduzione di nitrocomposti aromatici.

Le nanoparticelle d'oro di diverse dimensioni e forme mostrano colori diversi quando vengono colpite dalla luce perché assorbono e diffondono la luce a lunghezze d'onda specifiche, note come risonanze plasmoniche. Queste risonanze plasmoniche sono di particolare interesse per applicazioni biologiche. Se qualcuno illumina le nanoparticelle d'oro, la luce assorbita può essere convertita in calore nel mezzo circostante, e se batteri o cellule cancerose si trovano nelle vicinanze di tali nanoparticelle d'oro, possono essere distrutti utilizzando luce di lunghezza d'onda appropriata. Questo fenomeno è noto come terapia fototermica.

Sostituendo parte del nano-oro con nano-ruggine magnetico, i ricercatori dimostrano che le nanostrutture ibride di oro e ruggine sono in grado di riscaldare fototermicamente i media circostanti con la stessa efficienza delle nanoparticelle di oro puro, anche con una concentrazione di oro notevolmente inferiore.

"In un modo, abbiamo fatto un po' meglio dell'alchimia, " ha detto George Larsen, co-investigatore e ricercatore post-dottorato nel Group for Innovation and Advancements in Nano-Technology Sciences presso il Savannah River National Laboratory, "perché queste nuove nanoparticelle ibride non solo si comportano meglio dell'oro in alcuni casi, ma hanno anche funzionalità magnetiche."

Murph e il suo team hanno esaminato tre diverse forme di nanoparticelle ibride in queste sfere di ricerca, anelli e tubi.

"Una nanoparticella di forma diversa significa che gli atomi sono disposti in modo diverso in cubi, esagoni o triangoli, Per esempio, " ha detto. "Una diversa disposizione degli atomi significa diverse densità di imballaggio, spazio tra gli atomi, difetti, superficie ed energie superficiali. Diverse forme portano ad una maggiore area dell'atomo che è esposta per catalizzare una reazione chimica. Scientificamente parlando, forma diversa significa diverse sfaccettature cristallografiche ed energia superficiale che potrebbero portare a una maggiore attività catalitica e a diversi prodotti catalitici.

"I risultati della nostra ricerca hanno mostrato che le nanoparticelle ibride a forma di anello e tubo si sono rivelate materiali catalitici migliori rispetto alle nanoparticelle a forma di sfera a causa del modo in cui gli atomi sono disposti nella struttura su questa scala nanometrica. Ancora più importante, le nanoparticelle ibride di oro e ruggine sono catalizzatori migliori delle sole nanoparticelle d'oro, anche con una quantità d'oro significativamente inferiore.

Quando queste nanoparticelle ibride di forma diversa sono state esposte a luce di lunghezza d'onda specifica, le sfere hanno riscaldato la soluzione fino a temperature leggermente superiori rispetto alle nanoparticelle a forma di anello o tubo.

"Questo potrebbe avere una varietà di applicazioni biologiche come il monitoraggio, somministrazione di farmaci o imaging all'interno del corpo, " disse Murph. "Se dai da mangiare queste nanoparticelle d'oro ai batteri e fai brillare la luce su di loro, potresti distruggerli semplicemente usando la luce."

Le strutture ibride potrebbero essere utilizzate anche per nuove applicazioni, come il rilevamento, trattamento dell'ipertermia, applicazioni di imaging medico per la pulizia e la protezione ambientale, inclusi agenti di contrasto per imaging a risonanza magnetica, rilevamento e manipolazione del prodotto.

Lo studio di ricerca, "Nanoparticelle ibride multifunzionali Fe2O3-Au per un efficiente riscaldamento plasmonico, " è disponibile su www.jove.com/video/53598/multi … -efficient-plasmonic .