Formning av nanometriska guldpartiklar - av storleken på en miljontedel av en millimeter - för att förbättra deras egenskaper inom biomedicin och fotonik har möjliggjorts tack vare ett speciellt lasersystem i ett arbete som utförts vid Universidad Complutense de Madrid (UCM) och nu publicerat i Vetenskap .

Forskningen, i vilka CIC biomaGUNE och Universidad Politécnica de Madrid också deltar, representerar inte bara en rekord i optisk kvalitet där miljarder guldnanopartiklar beter sig som en enda, men introducerar ett nytt sätt att manipulera och förbättra nanomaterial genom att använda lasrar som mejslar i händerna på en skulptör.

"Genom att använda ultrasnabba lasrar, som är mycket intensiva men mycket korta (i storleksordningen en miljard biljoner blinkar per sekund), vi har insett ett världsrekord i optisk kvalitet, där alla erhållna formade partiklar beter sig som kloner i nanostorlek ", förklarar Andrés Guerrero Martínez, forskare vid Ramón y Cajal -programmet vid fakulteten för kemiska vetenskaper vid UCM.

Studien ger de fysikaliska och kemiska ledtrådar som krävs för att förstå och kontrollera sådana nanomaterial, anses vara "perfekt" ur optisk synvinkel.

"Vi har under de senaste femton åren försökt få identiska nanopartiklar, så att alla presenterar samma färg och deras applikationer är mer effektiva. I det här arbetet, vi har fokuserat på användningen av guldnanoroder, där minimala variationer i deras längd eller bredd resulterar i betydande förändringar i färgen på det ljus de absorberar ", säger Luis Liz Marzán, vetenskaplig chef för CIC biomaGUNE och forskare vid Ikerbasque -programmet.

Från tumörbehandling till sanering av föroreningar

Nanopartiklarnas tillämpningar förlitar sig på deras förmåga att absorbera och reflektera ljus av en specifik färg på ett överraskande effektivt sätt. Dessa så kallade plasmoniska effekter resulterar i optiska egenskaper som inte kan uppnås med metaller av större dimensioner, även i millimeterskalan.

Dessa egenskaper kan användas för ett stort antal användbara applikationer som, i många fall, var inte möjliga förrän nu. Inom medicin, inte bara det ljus som reflekteras av dessa partiklar kan användas för att diagnostisera sjukdomar, men deras ljusabsorptionsegenskaper kan också utnyttjas för att inducera värmeutsläpp för, till exempel, behandling av tumörer på ett lokalt sätt, vilket minimerar de vanliga biverkningarna av nuvarande behandlingar.

"Plasmoniska partiklar har också hittat tillämpningar inom områden som informationsteknik, energiproduktion, eller miljöföroreningskontroll, bland andra", säger Guillermo González Rubio, medförfattare till uppsatsen som har avlagt doktorsexamen vid UCM under överinseende av Andrés Guerrero Martínez och Luis Liz Marzán.

En annan nyhet i detta arbete är tillämpningen av ultrasnabba lasrar för att forma partiklarnas geometri och förfina deras egenskaper. I detta fall, Luis Bañares, professor vid UCM och medförfattare till artikeln, arbetar på Ultrafast Laser Center (CLUR) vid UCM.

Vidare, för att förstå formningsprocessens kemiska och fysiska natur, standardkarakteriseringstekniker (spektroskopi och elektronmikroskopi) har använts, liksom nya teoretiska modeller och avancerade datorsimuleringstekniker.

Enligt Ovidio Rodríguez Peña, en forskare vid UPM, "demonstrationen av detta mål och förklaringen av de processer som låter det hända representerar ett paradigmskifte som kan öppna nya vägar för utveckling av nanomaterial med förbättrade egenskaper och applikationer".