Nanomateriales

Los nanomateriales describen, en principio, materiales de los que una sola unidad tiene un tamaño (en al menos una dimensión) entre 1 y 100 nm (la definición habitual de nanoescala).

La investigación de nanomateriales adopta un enfoque basado en la ciencia de los materiales para la nanotecnología, aprovechando los avances en la metrología y síntesis de materiales que se han desarrollado en apoyo de la investigación de microfabricación. Los materiales con estructura a nanoescala a menudo tienen propiedades ópticas, electrónicas, termofísicas o mecánicas únicas.

Los nanomateriales se están comercializando lentamente y comienzan a emerger como productos básicos.

Definición

En ISO/TS 80004, el nanomaterial se define como el "material con cualquier dimensión externa en la nanoescala o que tiene una estructura interna o una estructura superficial en la nanoescala", y la nanoescala se define como el "rango de longitud de aproximadamente 1 nm a 100 nm". Esto incluye tanto los nanoobjetos, que son piezas discretas de material, como los materiales nanoestructurados, que tienen una estructura interna o superficial en la nanoescala; un nanomaterial puede ser miembro de ambas categorías.

El 18 de octubre de 2011, la Comisión Europea adoptó la siguiente definición de nanomaterial: "Un material natural, incidental o manufacturado que contiene partículas, en estado libre o como un agregado o aglomerado y para el 50% o más de las partículas en el distribución del tamaño del número, una o más dimensiones externas se encuentran en el rango de tamaño de 1 nm a 100 nm. En casos específicos y cuando lo justifiquen las preocupaciones por el medio ambiente, la salud, la seguridad o la competitividad, el umbral de distribución del tamaño del número del 50% puede ser reemplazado por un umbral entre 1% y 50%".

Fuentes

Diseñado

Los nanomateriales diseñados han sido diseñados y fabricados deliberadamente por humanos para que tengan ciertas propiedades requeridas.

Los nanomateriales heredados son aquellos que estaban en producción comercial antes del desarrollo de la nanotecnología como avances incrementales sobre otros materiales coloidales o de partículas. Incluyen nanopartículas de dióxido de titanio y negro de humo.

Incidental

Los nanomateriales pueden producirse de manera no intencional como subproducto de procesos mecánicos o industriales a través de la combustión y la vaporización. Las fuentes de nanopartículas incidentales incluyen escapes de motores de vehículos, fundición, humos de soldadura, procesos de combustión de calefacción y cocina de combustible sólido doméstico. Por ejemplo, la clase de nanomateriales llamados fullerenos se generan al quemar gas, biomasa y velas. También puede ser un subproducto de los productos de desgaste y corrosión. Las nanopartículas atmosféricas incidentales a menudo se denominan partículas ultrafinas, que se producen de manera no intencional durante una operación intencional y podrían contribuir a la contaminación del aire.

Natural

Los sistemas biológicos suelen presentar nanomateriales naturales y funcionales. La estructura de foraminíferos (principalmente tiza) y virus (proteína, cápside), los cristales de cera que cubren una hoja de loto o capuchina, la seda de araña y araña roja, el tono azul de las tarántulas, las "espátulas" en la parte inferior de las patas de los gecos, algunas escamas de alas de mariposa, coloides naturales (leche, sangre), materiales córneos (piel, garras, picos, plumas, cuernos, pelo), papel, algodón, nácar, corales e incluso nuestra propia matriz ósea son nanomateriales orgánicos naturales.

Los nanomateriales inorgánicos naturales se producen a través del crecimiento de cristales en las diversas condiciones químicas de la corteza terrestre. Por ejemplo, las arcillas muestran nanoestructuras complejas debido a la anisotropía de su estructura cristalina subyacente, y la actividad volcánica puede dar lugar a ópalos, que son un ejemplo de cristales fotónicos naturales debido a su estructura a nanoescala. Los incendios representan reacciones particularmente complejas y pueden producir pigmentos, cemento, sílice pirogénica, etc.

Las fuentes naturales de nanopartículas incluyen productos de combustión, incendios forestales, cenizas volcánicas, rocío oceánico y la descomposición radiactiva del gas radón. Los nanomateriales naturales también se pueden formar a través de procesos de meteorización de rocas que contienen metales o aniones, así como en sitios de drenaje ácido de minas.Galería de nanomateriales naturales

• cápside viral
• "Efecto Lotus", efecto hidrofóbico con capacidad de autolimpieza
• Primer plano de la parte inferior de la pata de un gecko mientras camina sobre una pared de vidrio (espátula: 200 × 10-15 nm)
• Micrografía SEM de una escama de ala de mariposa (× 5000)
• Pluma de pavo real (detalle)
• Ópalo de cristal brasileño. El juego de colores es causado por la interferencia y difracción de la luz entre esferas de sílice (150 - 300 nm de diámetro).
• Tono azul de una especie de tarántula (450 nm ± 20 nm)

Tipos

Los nanoobjetos a menudo se clasifican en función de cuántas de sus dimensiones caen en la nanoescala. Una nanopartícula se define como un nanoobjeto con las tres dimensiones externas en la nanoescala, cuyos ejes más largo y más corto no difieren significativamente. Una nanofibra tiene dos dimensiones externas en la nanoescala, siendo los nanotubos nanofibras huecas y las nanovarillas nanofibras sólidas. Una nanoplaca/nanohoja tiene una dimensión externa en la nanoescala, y si las dos dimensiones más grandes son significativamente diferentes, se denomina nanocinta.. Para las nanofibras y las nanoplacas, las otras dimensiones pueden o no estar en la nanoescala, pero deben ser significativamente mayores. En todos los casos, se observa que una diferencia significativa suele ser al menos un factor de 3.

Los materiales nanoestructurados a menudo se clasifican según las fases de la materia que contienen. Un nanocompuesto es un sólido que contiene al menos una región física o químicamente distinta, o una colección de regiones, que tiene al menos una dimensión en la nanoescala. Una nanoespuma tiene una matriz líquida o sólida, llena de una fase gaseosa, donde uno de los dos fases tiene dimensiones en la nanoescala. Un material nanoporoso es un material sólido que contiene nanoporos, vacíos en forma de poros abiertos o cerrados de escalas de longitud submicrónicas. Un material nanocristalino tiene una fracción significativa de granos de cristal en la nanoescala.

Materiales nanoporosos

El término materiales nanoporosos contiene subconjuntos de materiales microporosos y mesoporosos. Los materiales microporosos son materiales porosos con un tamaño medio de poro inferior a 2 nm, mientras que los materiales mesoporosos son aquellos con tamaños de poro en la región de 2 a 50 nm.Los materiales microporosos exhiben tamaños de poro con una escala de longitud comparable a las moléculas pequeñas. Por esta razón, dichos materiales pueden servir para aplicaciones valiosas, incluidas las membranas de separación. Los materiales mesoporosos son interesantes para aplicaciones que requieren áreas superficiales específicas elevadas, al tiempo que permiten la penetración de moléculas que pueden ser demasiado grandes para entrar en los poros de un material microporoso. En algunas fuentes, los materiales nanoporosos y la nanoespuma a veces se consideran nanoestructuras pero no nanomateriales porque solo los vacíos y no los materiales en sí son nanoescala. Aunque la definición de ISO solo considera que los nanoobjetos redondos son nanopartículas, otras fuentes usan el término nanopartícula para todas las formas.

Nanopartículas

Las nanopartículas tienen las tres dimensiones en la nanoescala. Las nanopartículas también se pueden incrustar en un sólido a granel para formar un nanocompuesto.

Fullerenos

Los fullerenos son una clase de alótropos de carbono que conceptualmente son láminas de grafeno enrolladas en tubos o esferas. Estos incluyen los nanotubos de carbono (o nanotubos de silicio) que son de interés tanto por su resistencia mecánica como por sus propiedades eléctricas.

La primera molécula de fullereno descubierta, homónima de la familia, buckminsterfullereno (C ₆₀), fue preparada en 1985 por Richard Smalley, Robert Curl, James Heath, Sean O'Brien y Harold Kroto en la Universidad de Rice. El nombre fue un homenaje a Buckminster Fuller, a cuyas cúpulas geodésicas se parece. Desde entonces, se ha encontrado que los fullerenos ocurren en la naturaleza. Más recientemente, se han detectado fullerenos en el espacio exterior.

Durante la última década, las propiedades químicas y físicas de los fullerenos han sido un tema candente en el campo de la investigación y el desarrollo, y es probable que continúen siéndolo durante mucho tiempo. En abril de 2003, los fullerenos estaban bajo estudio para un posible uso medicinal: unir antibióticos específicos a la estructura de bacterias resistentes e incluso atacar ciertos tipos de células cancerosas como el melanoma. El número de octubre de 2005 de Chemistry and Biology contiene un artículo que describe el uso de los fullerenos como agentes antimicrobianos activados por la luz. En el campo de la nanotecnología, la resistencia al calor y la superconductividad se encuentran entre las propiedades que atraen una intensa investigación.

Un método común utilizado para producir fullerenos es enviar una gran corriente entre dos electrodos de grafito cercanos en una atmósfera inerte. El arco de plasma de carbono resultante entre los electrodos se enfría y se convierte en un residuo de hollín del que se pueden aislar muchos fullerenos.

Son muchos los cálculos que se han realizado utilizando Métodos Cuánticos ab-initio aplicados a fullerenos. Mediante los métodos DFT y TDDFT se pueden obtener espectros IR, Raman y UV. Los resultados de tales cálculos se pueden comparar con los resultados experimentales.

Nanopartículas de base metálica

Los nanomateriales inorgánicos (p. ej., puntos cuánticos, nanocables y nanobarras) debido a sus interesantes propiedades ópticas y eléctricas, podrían utilizarse en optoelectrónica.Además, las propiedades ópticas y electrónicas de los nanomateriales, que dependen de su tamaño y forma, pueden ajustarse mediante técnicas sintéticas. Existen posibilidades de utilizar esos materiales en dispositivos optoelectrónicos basados ​​en materiales orgánicos, como células solares orgánicas, OLED, etc. Los principios operativos de dichos dispositivos se rigen por procesos fotoinducidos como la transferencia de electrones y la transferencia de energía. El rendimiento de los dispositivos depende de la eficiencia del proceso fotoinducido responsable de su funcionamiento. Por lo tanto, es necesaria una mejor comprensión de esos procesos fotoinducidos en sistemas compuestos de nanomateriales orgánicos/inorgánicos para poder usarlos en dispositivos optoelectrónicos.

Las nanopartículas o nanocristales hechos de metales, semiconductores u óxidos son de particular interés por sus propiedades mecánicas, eléctricas, magnéticas, ópticas, químicas y otras. Las nanopartículas se han utilizado como puntos cuánticos y como catalizadores químicos, como los catalizadores basados ​​en nanomateriales. Recientemente, una gama de nanopartículas se está investigando ampliamente para aplicaciones biomédicas, incluida la ingeniería de tejidos, la administración de fármacos y los biosensores.

Las nanopartículas son de gran interés científico ya que son efectivamente un puente entre los materiales a granel y las estructuras atómicas o moleculares. Un material a granel debe tener propiedades físicas constantes, independientemente de su tamaño, pero a escala nanométrica, este no suele ser el caso. Se observan propiedades dependientes del tamaño, como confinamiento cuántico en partículas semiconductoras, resonancia de plasmones superficiales en algunas partículas metálicas y superparamagnetismo en materiales magnéticos.

Las nanopartículas exhiben una serie de propiedades especiales en relación con el material a granel. Por ejemplo, la flexión del cobre a granel (alambre, cinta, etc.) ocurre con el movimiento de los átomos/grupos de cobre en una escala de aproximadamente 50 nm. Las nanopartículas de cobre de menos de 50 nm se consideran materiales súper duros que no presentan la misma maleabilidad y ductilidad que el cobre a granel. El cambio de propiedades no siempre es deseable. Los materiales ferroeléctricos de menos de 10 nm pueden cambiar su dirección de polarización utilizando energía térmica a temperatura ambiente, lo que los hace inútiles para el almacenamiento de memoria. Las suspensiones de nanopartículas son posibles porque la interacción de la superficie de la partícula con el solvente es lo suficientemente fuerte como para superar las diferencias de densidad, lo que generalmente da como resultado que el material se hunda o flote en un líquido. Las nanopartículas a menudo tienen propiedades visuales inesperadas porque son lo suficientemente pequeñas como para confinar sus electrones y producir efectos cuánticos. Por ejemplo, las nanopartículas de oro aparecen de color rojo intenso a negro en solución.

La relación entre el área superficial y el volumen de las nanopartículas, a menudo muy alta, proporciona una tremenda fuerza impulsora para la difusión, especialmente a temperaturas elevadas. La sinterización es posible a temperaturas más bajas y durante períodos más cortos que para partículas más grandes. En teoría, esto no afecta la densidad del producto final, aunque las dificultades de flujo y la tendencia de las nanopartículas a aglomerarse complican las cosas. Los efectos superficiales de las nanopartículas también reducen la temperatura de fusión incipiente.

Nanoestructuras unidimensionales

Los cables cristalinos más pequeños posibles con una sección transversal tan pequeña como un solo átomo se pueden diseñar en confinamiento cilíndrico. Los nanotubos de carbono, una nanoestructura semi-1D natural, se pueden utilizar como plantilla para la síntesis. El confinamiento proporciona estabilización mecánica y evita la desintegración de las cadenas atómicas lineales; Se prevé que otras estructuras de nanocables 1D sean mecánicamente estables incluso tras el aislamiento de las plantillas.

Nanoestructuras bidimensionales

Los materiales 2D son materiales cristalinos que consisten en una sola capa bidimensional de átomos. El grafeno representativo más importante se descubrió en 2004. Las películas delgadas con espesores a nanoescala se consideran nanoestructuras, pero a veces no se consideran nanomateriales porque no existen por separado del sustrato.

Materiales nanoestructurados a granel

Algunos materiales a granel contienen características a nanoescala, incluidos nanocompuestos, materiales nanocristalinos, películas nanoestructuradas y superficies nanotexturizadas.

La nanoestructura de grafeno en forma de caja (BSG) es un ejemplo de nanomaterial 3D. La nanoestructura BSG ha aparecido después de la escisión mecánica del grafito pirolítico. Esta nanoestructura es un sistema multicapa de nanocanales huecos paralelos ubicados a lo largo de la superficie y que tienen una sección transversal cuadrangular. El grosor de las paredes del canal es aproximadamente igual a 1 nm. La anchura típica de las facetas del canal compone aproximadamente 25 nm.

Aplicaciones

Los nano materiales se utilizan en una variedad de procesos de fabricación, productos y atención médica, incluidas pinturas, filtros, aislamiento y aditivos lubricantes. En el cuidado de la salud, las nanozimas son nanomateriales con características similares a las de las enzimas. Son un tipo emergente de enzima artificial, que se ha utilizado para amplias aplicaciones en biosensores, bioimágenes, diagnóstico de tumores, antibioincrustaciones y más. Se pueden producir filtros de alta calidad utilizando nanoestructuras, estos filtros son capaces de eliminar partículas tan pequeñas como un virus como se ve en un filtro de agua creado por Seldon Technologies. Los biorreactores de membrana de nanomateriales (NMs-MBR), la próxima generación de MBR convencionales, se han propuesto recientemente para el tratamiento avanzado de aguas residuales. En el campo de la purificación del aire, la nanotecnología se utilizó para combatir la propagación del MERS en los hospitales de Arabia Saudita en 2012. Los nanomateriales se están utilizando en tecnologías de aislamiento modernas y seguras para los humanos; en el pasado, se encontraban en aislamientos a base de amianto. Como aditivo lubricante, los nanomateriales tienen la capacidad de reducir la fricción en las piezas móviles. Las piezas desgastadas y corroídas también se pueden reparar con nanopartículas anisotrópicas autoensamblables llamadas TriboTEX.Los nanomateriales también se han aplicado en una variedad de industrias y productos de consumo. Se han utilizado nanopartículas minerales como el óxido de titanio para mejorar la protección UV en los protectores solares. En la industria del deporte, se han producido bates más ligeros con nanotubos de carbono para mejorar el rendimiento. Otra aplicación es en el ejército, donde se han utilizado nanopartículas de pigmentos móviles para crear un camuflaje más efectivo. Los nanomateriales también se pueden utilizar en aplicaciones de catalizadores de tres vías (TWC). Los convertidores TWC tienen la ventaja de controlar la emisión de óxidos de nitrógeno (NOx), que son precursores de la lluvia ácida y el smog. En la estructura de núcleo-cáscara, los nanomateriales forman una capa como soporte del catalizador para proteger los metales nobles como el paladio y el rodio.La función principal es que los soportes se pueden utilizar para transportar los componentes activos de los catalizadores, haciéndolos altamente dispersos, reduciendo el uso de metales nobles, mejorando la actividad de los catalizadores y mejorando la resistencia mecánica.

Síntesis

El objetivo de cualquier método sintético para nanomateriales es producir un material que exhiba propiedades que sean el resultado de su escala de longitud característica que se encuentra en el rango de nanómetros (1 a 100 nm). En consecuencia, el método sintético debe exhibir un control de tamaño en este rango para que se pueda lograr una propiedad u otra. A menudo, los métodos se dividen en dos tipos principales, "de abajo hacia arriba" y "de arriba hacia abajo".

Métodos de abajo hacia arriba

Los métodos ascendentes implican el ensamblaje de átomos o moléculas en matrices nanoestructuradas. En estos métodos, las fuentes de materia prima pueden estar en forma de gases, líquidos o sólidos. Estos últimos requieren algún tipo de desmontaje antes de su incorporación a una nanoestructura. Los métodos ascendentes generalmente se dividen en dos categorías: caóticos y controlados.

Los procesos caóticos implican elevar los átomos o moléculas constituyentes a un estado caótico y luego cambiar repentinamente las condiciones para hacer que ese estado sea inestable. A través de la manipulación inteligente de cualquier número de parámetros, los productos se forman en gran parte como resultado de la cinética asegurada. El colapso del estado caótico puede ser difícil o imposible de controlar y, por lo tanto, las estadísticas de conjunto a menudo gobiernan la distribución de tamaño resultante y el tamaño promedio. En consecuencia, la formación de nanopartículas se controla mediante la manipulación del estado final de los productos. Ejemplos de procesos caóticos son la ablación por láser, la explosión de alambre, el arco, la pirólisis de llama, la combustión y las técnicas de síntesis por precipitación.

Los procesos controlados implican la entrega controlada de los átomos o moléculas constituyentes al sitio o sitios de formación de nanopartículas, de modo que las nanopartículas puedan crecer hasta los tamaños prescritos de forma controlada. Generalmente, el estado de los átomos o moléculas constituyentes nunca está lejos del necesario para la formación de nanopartículas. En consecuencia, la formación de nanopartículas se controla mediante el control del estado de los reactivos. Ejemplos de procesos controlados son la solución de crecimiento autolimitante, la deposición de vapor químico autolimitado, las técnicas de láser de femtosegundo de pulso conformado y la epitaxia de haz molecular.

Métodos de arriba hacia abajo

Los métodos de arriba hacia abajo adoptan alguna 'fuerza' (por ejemplo, fuerza mecánica, láser) para romper los materiales a granel en nanopartículas. Un método popular que implica la descomposición mecánica de materiales a granel en nanomateriales es la 'molienda de bolas'. Además, las nanopartículas también se pueden fabricar mediante ablación láser que aplica láseres de pulso corto (por ejemplo, láser de femtosegundo) para ablacionar un objetivo (sólido).

Caracterización

Pueden ocurrir nuevos efectos en los materiales cuando las estructuras se forman con tamaños comparables a cualquiera de las muchas escalas de longitud posibles, como la longitud de onda de los electrones de De Broglie o las longitudes de onda ópticas de los fotones de alta energía. En estos casos, los efectos de la mecánica cuántica pueden dominar las propiedades de los materiales. Un ejemplo es el confinamiento cuántico donde las propiedades electrónicas de los sólidos se alteran con grandes reducciones en el tamaño de las partículas. Las propiedades ópticas de las nanopartículas, por ejemplo, la fluorescencia, también se vuelven una función del diámetro de la partícula. Este efecto no entra en juego al pasar de las dimensiones macroscópicas a las micrométricas, sino que se acentúa cuando se alcanza la escala nanométrica.

Además de las propiedades ópticas y electrónicas, las nuevas propiedades mecánicas de muchos nanomateriales son objeto de investigación en nanomecánica. Cuando se agregan a un material a granel, las nanopartículas pueden influir fuertemente en las propiedades mecánicas del material, como la rigidez o la elasticidad. Por ejemplo, los polímeros tradicionales pueden reforzarse con nanopartículas (como los nanotubos de carbono), lo que da como resultado materiales novedosos que pueden usarse como sustitutos ligeros de los metales. Dichos materiales compuestos pueden permitir una reducción de peso acompañada de un aumento de la estabilidad y una funcionalidad mejorada.

Por último, los materiales nanoestructurados con partículas de pequeño tamaño, como las zeolitas y el amianto, se utilizan como catalizadores en una amplia gama de reacciones químicas industriales críticas. El mayor desarrollo de tales catalizadores puede formar la base de procesos químicos más eficientes y respetuosos con el medio ambiente.

Las primeras observaciones y mediciones de tamaño de nanopartículas se realizaron durante la primera década del siglo XX. Zsigmondy realizó estudios detallados de soles de oro y otros nanomateriales con tamaños de hasta 10 nm y menos. Publicó un libro en 1914. Usó un ultramicroscopio que emplea un método de campo oscuro para ver partículas con tamaños mucho menores que la longitud de onda de la luz.

Existen técnicas tradicionales desarrolladas durante el siglo XX en la ciencia de interfaces y coloides para caracterizar nanomateriales. Estos son ampliamente utilizados para los nanomateriales pasivos de primera generación que se especifican en la siguiente sección.

Estos métodos incluyen varias técnicas diferentes para caracterizar la distribución del tamaño de las partículas. Esta caracterización es imperativa porque muchos materiales que se espera que sean de tamaño nanométrico en realidad se agregan en soluciones. Algunos de los métodos se basan en la dispersión de la luz. Otros aplican ultrasonido, como la espectroscopia de atenuación de ultrasonido para probar nanodispersiones y microemulsiones concentradas.

También existe un grupo de técnicas tradicionales para caracterizar la carga superficial o potencial zeta de nanopartículas en soluciones. Esta información es necesaria para la correcta estabilización del sistema, evitando su agregación o floculación. Estos métodos incluyen microelectroforesis, dispersión de luz electroforética y electroacústica. El último, por ejemplo el método de corriente de vibración coloidal, es adecuado para caracterizar sistemas concentrados.

Propiedades mecánicas

La investigación en curso ha demostrado que las propiedades mecánicas pueden variar significativamente en los nanomateriales en comparación con el material a granel. Los nanomateriales tienen propiedades mecánicas sustanciales debido al volumen, la superficie y los efectos cuánticos de las nanopartículas. Esto se observa cuando las nanopartículas se agregan al material a granel común, el nanomaterial refina el grano y forma estructuras intergranulares e intragranulares que mejoran los límites de grano y por lo tanto las propiedades mecánicas de los materiales.Los refinamientos de los límites de grano proporcionan refuerzo al aumentar la tensión requerida para causar fracturas intergranulares o transgranulares. Un ejemplo común en el que esto se puede observar es la adición de nano sílice al cemento, que mejora la resistencia a la tracción, la resistencia a la compresión y la resistencia a la flexión por los mecanismos que se acaban de mencionar. La comprensión de estas propiedades mejorará el uso de nanopartículas en aplicaciones novedosas en diversos campos, como la ingeniería de superficies, la tribología y la nanofabricación/nanofabricación.

Técnicas utilizadas:

Steinitz en 1943 utilizó la técnica de microindentación para probar la dureza de las micropartículas, y ahora se ha empleado la nanoindentación para medir las propiedades elásticas de las partículas a un nivel de aproximadamente 5 micrones. Estos protocolos se utilizan con frecuencia para calcular las características mecánicas de las nanopartículas mediante técnicas AFM. Para medir el módulo elástico; Los datos de indentación se obtienen a través de curvas de fuerza-desplazamiento de AFM que se convierten en curvas de fuerza-indentación. La ley de Hooke se usa para determinar la deformación en voladizo y la profundidad de la punta y, en conclusión, la ecuación de presión se puede escribir como:

P = k (ẟc - ẟc0)

ẟc: deformación en voladizo

ẟc0: compensación de desviación

AFM nos permite obtener una imagen de alta resolución de múltiples tipos de superficies mientras que la punta del voladizo se puede utilizar para obtener información sobre propiedades mecánicas. Las simulaciones por computadora también se están utilizando progresivamente para probar teorías y complementar estudios experimentales. El método informático más utilizado es la simulación de dinámica molecular, que utiliza las ecuaciones de movimiento de Newton para los átomos o moléculas del sistema. Otras técnicas, como el método de sonda directa, se utilizan para determinar las propiedades adhesivas de los nanomateriales. Tanto la técnica como la simulación se combinan con técnicas TEM y AFM para proporcionar resultados.

Podemos categorizar las propiedades mecánicas de clases comunes de nanomateriales:

Nanomateriales metálicos cristalinos: las dislocaciones son uno de los principales contribuyentes a las propiedades elásticas dentro de los nanomateriales similares a los materiales cristalinos a granel. A pesar de la visión tradicional de que no hay dislocaciones en los nanomateriales. Ramos, el trabajo experimental ha demostrado que la dureza de las nanopartículas de oro es mucho mayor que la de sus contrapartes a granel, ya que se forman fallas de apilamiento y dislocaciones que activan múltiples mecanismos de fortalecimiento en el material. A través de estos experimentos, más investigaciones han demostrado que a través de técnicas de nanoindentación,resistencia de los materiales; tensión de compresión, aumenta bajo compresión con tamaño de partícula decreciente, debido a dislocaciones de nucleación. Estas dislocaciones se han observado utilizando técnicas TEM, junto con nanoindentación. La fuerza y ​​la dureza de las nanopartículas de silicio son cuatro veces más que el valor del material a granel. La resistencia a la presión aplicada se puede atribuir a los defectos de línea dentro de las partículas, así como a una dislocación que fortalece las propiedades mecánicas del nanomaterial. Además, la adición de nanopartículas fortalece una matriz porque la fijación de partículas inhibe el crecimiento del grano. Esto refina el grano y, por lo tanto, mejora las propiedades mecánicas.Sin embargo, no todas las adiciones de nanomateriales conducen a un aumento de las propiedades, por ejemplo, nano-Cu. Pero esto se atribuye a que las propiedades inherentes del material son más débiles que la matriz.

Nanopartículas/nanomateriales no metálicos: el comportamiento de las propiedades mecánicas dependiente del tamaño aún no está claro en el caso de los nanomateriales poliméricos; sin embargo, en una investigación realizada por Lahouij, descubrieron que los módulos de compresión de las nanopartículas de poliestireno eran menores que los de las contrapartes a granel. Esto puede estar asociado con los grupos funcionales que se están hidratando.Además, los nanomateriales no metálicos pueden provocar la formación de aglomerados dentro de la matriz a la que se agregan y, por lo tanto, disminuir las propiedades mecánicas al provocar fracturas incluso bajo cargas mecánicas bajas, como la adición de CNT. Los aglomerados actuarán como planos de deslizamiento así como también como planos en los que las grietas pueden propagarse fácilmente (9). Sin embargo, la mayoría de los nanomateriales orgánicos son flexibles y estas y las propiedades mecánicas como la dureza, etc. no son dominantes.

Nanoalambres/Nanotubos: Los módulos elásticos de algunos nanoalambres, a saber, el plomo y la plata, disminuyen al aumentar el diámetro. Esto se ha asociado con la tensión superficial, la capa de oxidación y la rugosidad de la superficie. Sin embargo, el comportamiento elástico de los nanocables de ZnO no se ve afectado por los efectos superficiales, pero sí sus propiedades de fractura. Por lo tanto, generalmente depende del comportamiento del material y también de su unión.

La razón por la que las propiedades mecánicas de los nanomateriales siguen siendo un tema de investigación candente es que la medición de las propiedades mecánicas de las nanopartículas individuales es un método complicado que implica múltiples factores de control. No obstante, la microscopía de fuerza atómica se ha utilizado ampliamente para medir las propiedades mecánicas de los nanomateriales.

Adhesión y Fricción de nanopartículas

Cuando se habla de la aplicación de un material, la adherencia y la fricción juegan un papel fundamental para determinar el resultado de la aplicación. Por lo tanto, es fundamental ver cómo estas propiedades también se ven afectadas por el tamaño de un material. Una vez más, AFM es una técnica más utilizada para medir estas propiedades y determinar la fuerza adhesiva de las nanopartículas a cualquier superficie sólida, junto con la técnica de sonda coloidal y otras propiedades químicas. Además, las fuerzas que juegan un papel en proporcionar estas propiedades adhesivas a los nanomateriales son las fuerzas electrostáticas, VdW, fuerzas capilares, fuerzas de solvatación, fuerzas estructurales, etc. Se ha encontrado que la adición de nanomateriales en materiales a granel aumenta sustancialmente sus capacidades adhesivas. aumentando su fuerza a través de varios mecanismos de unión.La dimensión de los nanomateriales se aproxima a cero, lo que significa que la fracción de la superficie de la partícula respecto a los átomos totales aumenta.

Junto con los efectos de la superficie, el movimiento de las nanopartículas también desempeña un papel en la determinación de sus propiedades mecánicas, como la capacidad de corte. El movimiento de partículas se puede observar bajo TEM. Por ejemplo, el comportamiento de movimiento del contrato dinámico de nanopartículas de MoS2 se observó directamente in situ, lo que llevó a la conclusión de que los fullerenos pueden cortarse rodando o deslizando. Sin embargo, observar estas propiedades es nuevamente un proceso muy complicado debido a múltiples factores contribuyentes.

Aplicaciones específicas de Propiedades Mecánicas:

· Lubricación

· Nanofabricación

· Recubrimientos

Uniformidad

El procesamiento químico y la síntesis de componentes tecnológicos de alto desempeño para los sectores privado, industrial y militar requiere el uso de cerámicas, polímeros, vitrocerámicas y materiales compuestos de alta pureza. En cuerpos condensados ​​formados a partir de polvos finos, los tamaños y formas irregulares de las nanopartículas en un polvo típico a menudo conducen a morfologías de empaquetamiento no uniformes que resultan en variaciones de densidad de empaquetamiento en el polvo compacto.

La aglomeración incontrolada de polvos debido a las fuerzas atractivas de van der Waals también puede dar lugar a falta de homogeneidad microestructural. Las tensiones diferenciales que se desarrollan como resultado de una contracción por secado no uniforme están directamente relacionadas con la velocidad a la que se puede eliminar el disolvente y, por lo tanto, dependen en gran medida de la distribución de la porosidad. Tales tensiones se han asociado con una transición de plástico a fragilidad en cuerpos consolidados, y pueden ceder a la propagación de grietas en el cuerpo sin cocer si no se alivian.

Además, cualquier fluctuación en la densidad de empaquetamiento en el compacto a medida que se prepara para el horno a menudo se amplifica durante el proceso de sinterización, lo que produce una densificación no homogénea. Se ha demostrado que algunos poros y otros defectos estructurales asociados con las variaciones de densidad juegan un papel perjudicial en el proceso de sinterización al aumentar y, por lo tanto, limitar las densidades de punto final. También se ha demostrado que las tensiones diferenciales que surgen de la densificación no homogénea dan como resultado la propagación de grietas internas, convirtiéndose así en fallas que controlan la resistencia.

Por lo tanto, parecería deseable procesar un material de tal manera que sea físicamente uniforme con respecto a la distribución de los componentes y la porosidad, en lugar de usar distribuciones de tamaño de partícula que maximicen la densidad verde. La contención de un conjunto disperso uniformemente de partículas en suspensión que interactúan fuertemente requiere un control total sobre las interacciones partícula-partícula. Varios dispersantes como el citrato de amonio (acuoso) y la imidazolina o el alcohol oleico (no acuoso) son soluciones prometedoras como posibles aditivos para mejorar la dispersión y la desaglomeración. Las nanopartículas monodispersas y los coloides brindan este potencial.

Por lo tanto, los polvos monodispersos de sílice coloidal, por ejemplo, pueden estabilizarse lo suficiente para garantizar un alto grado de orden en el cristal coloidal o sólido coloidal policristalino que resulta de la agregación. El grado de orden parece estar limitado por el tiempo y el espacio permitidos para establecer correlaciones de mayor alcance. Estas estructuras coloidales policristalinas defectuosas parecen ser los elementos básicos de la ciencia de materiales coloidales submicrómetros y, por lo tanto, proporcionan el primer paso para desarrollar una comprensión más rigurosa de los mecanismos involucrados en la evolución microestructural en materiales y componentes de alto rendimiento.

Nanomateriales en artículos, patentes y productos

El análisis cuantitativo de los nanomateriales mostró que las nanopartículas, los nanotubos, los materiales nanocristalinos, los nanocompuestos y el grafeno se mencionaron en 400000, 181000, 144000, 140000 y 119000 artículos indexados por ISI, respectivamente, en septiembre de 2018. En lo que respecta a las patentes, Las nanopartículas, los nanotubos, los nanocompuestos, el grafeno y los nanocables han desempeñado un papel en las patentes 45600, 32100, 12700, 12500 y 11800, respectivamente. El seguimiento de aproximadamente 7000 productos comerciales basados ​​en nanotecnología disponibles en los mercados mundiales reveló que las propiedades de alrededor de 2330 productos se han habilitado o mejorado con la ayuda de nanopartículas. Los liposomas, las nanofibras, los nanocoloides y los aerogeles también fueron los nanomateriales más comunes en los productos de consumo.

El Observatorio de Nanomateriales de la Unión Europea (EUON) ha producido una base de datos (NanoData) que proporciona información sobre patentes, productos y publicaciones de investigación específicas sobre nanomateriales.

Salud y seguridad

Directrices de la Organización Mundial de la Salud

La Organización Mundial de la Salud (OMS) publicó una directriz sobre la protección de los trabajadores del riesgo potencial de los nanomateriales fabricados a fines de 2017. La OMS utilizó un enfoque de precaución como uno de sus principios rectores. Esto significa que la exposición debe reducirse, a pesar de la incertidumbre sobre los efectos adversos para la salud, cuando existan indicaciones razonables para hacerlo. Esto se destaca en estudios científicos recientes que demuestran la capacidad de las nanopartículas para cruzar las barreras celulares e interactuar con las estructuras celulares.Además, la jerarquía de los controles era un principio rector importante. Esto significa que cuando hay que elegir entre medidas de control, siempre se deben preferir aquellas medidas que están más cerca de la raíz del problema a las medidas que imponen una mayor carga a los trabajadores, como el uso de equipos de protección personal (EPP). La OMS encargó revisiones sistemáticas de todos los temas importantes para evaluar el estado actual de la ciencia e informar las recomendaciones de acuerdo con el proceso establecido en el Manual de la OMS para el desarrollo de directrices. Las recomendaciones se calificaron como "fuertes" o "condicionales" según la calidad de la evidencia científica, los valores y las preferencias, y los costos relacionados con la recomendación.

Las directrices de la OMS contienen las siguientes recomendaciones para la manipulación segura de nanomateriales fabricados (MNM)

A. Evaluar los peligros para la salud de los MNM

1. La OMS recomienda asignar clases de peligro a todos los MNM de acuerdo con el Sistema Globalmente Armonizado (GHS) de Clasificación y Etiquetado de Productos Químicos para su uso en las fichas de datos de seguridad. Para un número limitado de MNM, esta información está disponible en las guías (recomendación fuerte, evidencia de calidad moderada).
2. La OMS recomienda actualizar las hojas de datos de seguridad con información sobre peligros específicos de MNM o indicar qué puntos finales toxicológicos no tenían pruebas adecuadas disponibles (recomendación fuerte, evidencia de calidad moderada).
3. Para los grupos de fibras respirables y partículas biopersistentes granulares, el GDG sugiere utilizar la clasificación disponible de MNM para la clasificación provisional de nanomateriales del mismo grupo (recomendación condicional, evidencia de baja calidad).

B. Evaluar la exposición a los MNM

1. La OMS sugiere evaluar la exposición de los trabajadores en los lugares de trabajo con métodos similares a los utilizados para el valor del límite de exposición ocupacional específico (OEL) propuesto del MNM (recomendación condicional, evidencia de baja calidad).
2. Debido a que no existen valores OEL reglamentarios específicos para los MNM en los lugares de trabajo, la OMS sugiere evaluar si la exposición en el lugar de trabajo excede el valor OEL propuesto para los MNM. En un anexo de las directrices se proporciona una lista de los valores OEL propuestos. El OEL elegido debe ser al menos tan protector como un OEL legalmente obligatorio para la forma masiva del material (recomendación condicional, evidencia de baja calidad).
3. Si los OEL específicos para MNM no están disponibles en los lugares de trabajo, la OMS sugiere un enfoque gradual para la exposición por inhalación con, primero, una evaluación del potencial de exposición; segundo, realizar una evaluación de exposición básica y tercero, realizar una evaluación de exposición integral como las propuestas por la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE) o el Comité Européen de Normalization (el Comité Europeo de Normalización, CEN) (recomendación condicional, evidencia de calidad moderada).
4. Para la evaluación de la exposición dérmica, la OMS encontró que no había pruebas suficientes para recomendar un método de evaluación de la exposición dérmica sobre otro.

C. Controlar la exposición a MNM

1. Basado en un enfoque de precaución, la OMS recomienda centrar el control de la exposición en la prevención de la exposición por inhalación con el objetivo de reducirla lo más posible (recomendación fuerte, evidencia de calidad moderada).
2. La OMS recomienda reducir las exposiciones a una variedad de MNM que se han medido constantemente en los lugares de trabajo, especialmente durante la limpieza y el mantenimiento, la recolección de material de los recipientes de reacción y la alimentación de MNM en el proceso de producción. En ausencia de información toxicológica, la OMS recomienda implementar el más alto nivel de controles para evitar que los trabajadores se expongan. Cuando haya más información disponible, la OMS recomienda adoptar un enfoque más personalizado (recomendación fuerte, evidencia de calidad moderada).
3. La OMS recomienda tomar medidas de control basadas en el principio de jerarquía de controles, lo que significa que la primera medida de control debe ser eliminar la fuente de exposición antes de implementar medidas de control que dependan más de la participación de los trabajadores, y que los EPP se utilicen solo como último recurso. De acuerdo con este principio, los controles de ingeniería deben usarse cuando hay un alto nivel de exposición por inhalación o cuando no hay, o hay muy poca, información toxicológica disponible. En ausencia de controles de ingeniería apropiados, se debe usar EPP, especialmente protección respiratoria, como parte de un programa de protección respiratoria que incluye pruebas de ajuste (recomendación fuerte, evidencia de calidad moderada).
4. La OMS sugiere prevenir la exposición dérmica mediante medidas de higiene ocupacional como la limpieza de superficies y el uso de guantes apropiados (recomendación condicional, evidencia de baja calidad).
5. Cuando no se dispone de una evaluación y medición por parte de un experto en seguridad en el lugar de trabajo, la OMS sugiere usar bandas de control para nanomateriales para seleccionar medidas de control de exposición en el lugar de trabajo. Debido a la falta de estudios, la OMS no puede recomendar un método de bandas de control sobre otro (recomendación condicional, evidencia de muy baja calidad).

Para la vigilancia de la salud, la OMS no pudo hacer una recomendación para programas de vigilancia de la salud específicos de MNM sobre los programas de vigilancia de la salud existentes que ya están en uso debido a la falta de evidencia. La OMS considera que la capacitación de los trabajadores y la participación de los trabajadores en temas de salud y seguridad son las mejores prácticas, pero no puede recomendar una forma de capacitación de los trabajadores sobre otra, o una forma de participación de los trabajadores sobre otra, debido a la falta de estudios disponibles. Se espera que haya un progreso considerable en los métodos de medición validados y la evaluación de riesgos y la OMS espera actualizar estas pautas dentro de cinco años, en 2022.

Otra guía

Debido a que la nanotecnología es un desarrollo reciente, los efectos sobre la salud y la seguridad de la exposición a los nanomateriales, y qué niveles de exposición pueden ser aceptables, son temas de investigación en curso. De los posibles peligros, la exposición por inhalación parece presentar la mayor preocupación. Los estudios en animales indican que los nanotubos de carbono y las nanofibras de carbono pueden causar efectos pulmonares que incluyen inflamación, granulomas y fibrosis pulmonar, que tenían una potencia similar o mayor en comparación con otros materiales fibrogénicos conocidos como sílice, asbesto y negro de carbón ultrafino. La exposición aguda por inhalación de animales sanos a nanomateriales inorgánicos biodegradables no ha demostrado efectos de toxicidad significativos.Aunque se desconoce hasta qué punto los datos en animales pueden predecir efectos pulmonares clínicamente significativos en los trabajadores, la toxicidad observada en los estudios en animales a corto plazo indica la necesidad de medidas protectoras para los trabajadores expuestos a estos nanomateriales, aunque no hay informes de efectos adversos reales para la salud. en los trabajadores que usan o producen estos nanomateriales se conocían a partir de 2013. Las preocupaciones adicionales incluyen el contacto con la piel y la exposición por ingestión, y los riesgos de explosión de polvo.

La eliminación y la sustitución son los enfoques más deseables para el control de peligros. Si bien los nanomateriales en sí a menudo no pueden eliminarse o sustituirse por materiales convencionales, es posible elegir propiedades de la nanopartícula, como tamaño, forma, funcionalización, carga superficial, solubilidad, aglomeración y estado de agregación para mejorar sus propiedades toxicológicas y al mismo tiempo conservar la funcionalidad deseada. Los procedimientos de manejo también se pueden mejorar, por ejemplo, el uso de una suspensión o lodo de nanomaterial en un solvente líquido en lugar de un polvo seco reducirá la exposición al polvo.Los controles de ingeniería son cambios físicos en el lugar de trabajo que aíslan a los trabajadores de los peligros, principalmente sistemas de ventilación como campanas extractoras, cajas de guantes, gabinetes de bioseguridad y recintos de balanza ventilados. Los controles administrativos son cambios en el comportamiento de los trabajadores para mitigar un peligro, incluida la capacitación sobre las mejores prácticas para el manejo, almacenamiento y eliminación seguros de nanomateriales, la conciencia adecuada de los peligros a través del etiquetado y la señalización de advertencia, y el fomento de una cultura general de seguridad. El equipo de protección personal debe usarse en el cuerpo del trabajador y es la opción menos deseable para controlar los riesgos.El equipo de protección personal que normalmente se usa para los productos químicos típicos también es apropiado para los nanomateriales, incluidos los pantalones largos, las camisas de manga larga y los zapatos cerrados, y el uso de guantes de seguridad, gafas y batas de laboratorio impermeables. En algunas circunstancias se pueden usar respiradores.

La evaluación de la exposición es un conjunto de métodos utilizados para monitorear la liberación de contaminantes y la exposición de los trabajadores. Estos métodos incluyen el muestreo personal, donde los muestreadores están ubicados en la zona de respiración personal del trabajador, a menudo unidos al cuello de una camisa para estar lo más cerca posible de la nariz y la boca; y muestreo de área/fondo, donde se colocan en ubicaciones estáticas. La evaluación debe utilizar contadores de partículas, que monitorean la cantidad en tiempo real de nanomateriales y otras partículas de fondo; y muestras basadas en filtros, que se pueden usar para identificar el nanomaterial, generalmente usando microscopía electrónica y análisis elemental.A partir de 2016, no se han determinado límites de exposición ocupacional cuantitativos para la mayoría de los nanomateriales. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU. ha determinado límites de exposición recomendados no reglamentarios para nanotubos de carbono, nanofibras de carbono y dióxido de titanio ultrafino. Agencias y organizaciones de otros países, incluido el Instituto Británico de Normas y el Instituto de Seguridad y Salud Ocupacional de Alemania, han establecido OEL para algunos nanomateriales, y algunas empresas han suministrado OEL para sus productos.

Diagnóstico a nanoescala

La nanotecnología ha estado en los titulares en el campo de la medicina, siendo responsable de la imagen biomédica. Las propiedades ópticas, magnéticas y químicas únicas de los materiales en la escala nano han permitido el desarrollo de sondas de imágenes con múltiples funciones, como una mejor mejora del contraste, mejor información espacial, biodistribución controlada e imágenes multimodales en varios dispositivos de escaneo. Estos desarrollos han tenido ventajas como la capacidad de detectar la ubicación de tumores e inflamaciones, la evaluación precisa de la progresión de la enfermedad y la medicina personalizada.

1. Nanopartículas de sílice- Nanopartículas de síliceSe pueden clasificar en sólidos, no porosos y mesoporosos. Tienen una gran superficie, superficie hidrófila y estabilidades químicas y físicas. Las nanopartículas de sílice se fabrican mediante el uso del proceso Stöber. Que es la hidrólisis de éteres de sililo como el silicato de tetraetilo en silanoles (Si-OH) usando amoníaco en una mezcla de agua y alcohol seguido de la condensación de silanoles en partículas de sílice de 50-2000 nm. El tamaño de la partícula se puede controlar variando la concentración de silil éter y alcohol o el método de microemulsión. Las nanopartículas de sílice mesoporosas se sintetizan mediante el proceso sol-gel. Tienen poros que varían en diámetro de 2 nm a 50 nm. Se sintetizan en una solución a base de agua en presencia de un catalizador base y un agente formador de poros conocido como tensioactivo. Los tensioactivos son moléculas que presentan la particularidad de tener una cola hidrófoba (cadena alquílica) y una cabeza hidrófila (grupo cargado, como por ejemplo una amina cuaternaria). A medida que estos tensioactivos se agregan a una solución a base de agua, se coordinarán para formar micelas con una concentración creciente para estabilizar las colas hidrofóbicas. La variación del pH de la solución y la composición de los disolventes y la adición de ciertos agentes de hinchamiento pueden controlar el tamaño de los poros. Su superficie hidrófila es lo que hace que las nanopartículas de sílice sean tan importantes y les permite llevar a cabo funciones como la administración de fármacos y genes, la bioimagen y la terapia. Para que esta aplicación tenga éxito, se necesitan varios grupos funcionales de superficie y se pueden agregar mediante el proceso de co-condensación durante la preparación o mediante la modificación posterior de la superficie. El área de superficie alta de las nanopartículas de sílice les permite transportar cantidades mucho mayores del fármaco deseado que a través de métodos convencionales como polímeros y liposomas. Permite la orientación específica del sitio, especialmente en el tratamiento del cáncer. Una vez que las partículas han llegado a su destino, pueden actuar como informantes, liberar un compuesto o calentarse de forma remota para dañar las estructuras biológicas cercanas. El direccionamiento generalmente se logra modificando la superficie de la nanopartícula con un compuesto químico o biológico. Se acumulan en los sitios del tumor a través de la retención de permeabilidad mejorada (EPR), donde los vasos del tumor aceleran la entrega de las nanopartículas directamente al tumor. La cubierta porosa de la sílice permite controlar la velocidad a la que el fármaco se difunde fuera de la nanopartícula. La cubierta se puede modificar para que tenga afinidad por el fármaco, o incluso para que se active por el pH, el calor, la luz, las sales u otras moléculas de señalización. Las nanopartículas de sílice también se utilizan en bioimágenes porque pueden acomodar agentes de contraste fluorescentes/MRI/PET/SPECT y moléculas de fármacos/ADN en su superficie y poros adaptables. Esto es posible gracias al uso de nanopartículas de sílice como vector para la expresión de proteínas fluorescentes. Varios tipos diferentes de sondas fluorescentes, como tintes de cianina, metil violegen o puntos cuánticos semiconductores, pueden conjugarse con nanopartículas de sílice y administrarse en células específicas o inyectarse in vivo. El péptido RGD de la molécula transportadora ha sido muy útil para la obtención de imágenes in vivo dirigidas. Las nanopartículas de sílice también se utilizan en bioimágenes porque pueden acomodar agentes de contraste fluorescentes/MRI/PET/SPECT y moléculas de fármacos/ADN en su superficie y poros adaptables. Esto es posible gracias al uso de nanopartículas de sílice como vector para la expresión de proteínas fluorescentes. Varios tipos diferentes de sondas fluorescentes, como tintes de cianina, metil violegen o puntos cuánticos semiconductores, pueden conjugarse con nanopartículas de sílice y administrarse en células específicas o inyectarse in vivo. El péptido RGD de la molécula transportadora ha sido muy útil para la obtención de imágenes in vivo dirigidas. Las nanopartículas de sílice también se utilizan en bioimágenes porque pueden acomodar agentes de contraste fluorescentes/MRI/PET/SPECT y moléculas de fármacos/ADN en su superficie y poros adaptables. Esto es posible gracias al uso de nanopartículas de sílice como vector para la expresión de proteínas fluorescentes. 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2. Espectroscopía radiométrica Raman de resonancia mejorada de superficie aplicada tópicamente (TAS3RS) -TAS3RS es otra técnica que está comenzando a avanzar en el campo médico. Es una técnica de imagen que utiliza Receptores de Folato (FR) para detectar lesiones tumorales tan pequeñas como 370 micrómetros. Los receptores de folato son proteínas de superficie unidas a la membrana que se unen a folatos y conjugados de folato con alta afinidad. FR se sobreexpresa con frecuencia en una serie de tumores malignos humanos, incluido el cáncer de ovario, pulmón, riñón, mama, vejiga, cerebro y endometrio. La formación de imágenes Raman es un tipo de espectroscopia que se utiliza en química para proporcionar una huella digital estructural mediante la cual se pueden identificar las moléculas. Se basa en la dispersión inelástica de fotones, lo que da como resultado una sensibilidad ultra alta. Se realizó un estudio en el que se sintetizaron dos dispersiones Raman de resonancia mejorada de superficie diferentes (SERRS). Uno de los SERRS era una "nanosonda dirigida funcionalizada con un anticuerpo anti-receptor de folato (αFR-Ab) a través de PEG-maleimida-succinimida y usando el colorante infrarrojo IR780 como indicador Raman, en adelante denominado αFR-NP, y una sonda no dirigida (nt-NP) recubierta con PEG5000-maleimida y con el tinte infrarrojo IR140 como reportero Raman”. Estas dos mezclas diferentes se inyectaron en ratones portadores de tumores y en ratones sanos controlados. Se tomaron imágenes de los ratones con una señal de bioluminiscencia (BLI) que produce energía luminosa dentro del cuerpo de un organismo. También se escanearon con el microscopio Raman para poder ver la correlación entre el TAS3RS y el mapa BLI. TAS3RS no mostró nada en los ratones sanos, pero pudo ubicar las lesiones tumorales en los ratones infectados y también pudo crear un mapa TAS3RS que podría usarse como guía durante la cirugía. TAS3RS muestra ser prometedor para poder combatir el cáncer de ovario y peritoneal, ya que permite una detección temprana con alta precisión. Esta técnica se puede administrar localmente, lo que es una ventaja ya que no tiene que entrar en el torrente sanguíneo y, por lo tanto, evita la toxicidad que afecta a las nanosondas circulantes. Esta técnica también es más fotoestable que los fluorocromos porque las nanopartículas de SERRS no se pueden formar a partir de biomoléculas y, por lo tanto, no habría falsos positivos en TAS3RS como en las imágenes de fluorescencia. Esta técnica se puede administrar localmente, lo que es una ventaja ya que no tiene que entrar en el torrente sanguíneo y, por lo tanto, evita la toxicidad que afecta a las nanosondas circulantes. Esta técnica también es más fotoestable que los fluorocromos porque las nanopartículas de SERRS no se pueden formar a partir de biomoléculas y, por lo tanto, no habría falsos positivos en TAS3RS como en las imágenes de fluorescencia. Esta técnica se puede administrar localmente, lo que es una ventaja ya que no tiene que entrar en el torrente sanguíneo y, por lo tanto, evita la toxicidad que afecta a las nanosondas circulantes. Esta técnica también es más fotoestable que los fluorocromos porque las nanopartículas de SERRS no se pueden formar a partir de biomoléculas y, por lo tanto, no habría falsos positivos en TAS3RS como en las imágenes de fluorescencia.