LAS NANOPARTÍCULAS DE HIDROGEL PROPORCIONAN CRISTALES FOTÓNICOS - Calendae | Informática, Electrónica, CMS, Ciberseguridad

LAS NANOPARTÍCULAS DE HIDROGEL PROPORCIONAN CRISTALES FOTÓNICOS

Hola y mil gracias por leerme. Te escribe Simón Sánchez y esta vez te voy a hablar sobre LAS NANOPARTÍCULAS DE HIDROGEL PROPORCIONAN CRISTALES FOTÓNICOS

NOTICIAS DE CIENCIA E INGENIERÍA

Las nanopartículas de hidrogel proporcionan la base para los cristales fotónicos sintonizables a través de un desinflado controlado Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han desarrollado una familia de nanopartículas a base de hidrogel que se pueden utilizar para formar cristales fotónicos cuyas propiedades ópticas se pueden ajustar precisamente regulando térmicamente el contenido de agua de las partículas. Las partículas esféricas suaves y adaptables podrían ser la base de un «fluido fotónico» que se adaptaría para formar estructuras periódicas autoensambladas capaces de transmitir longitudes de onda de luz específicas. Las aplicaciones potenciales incluyen conmutación óptica y limitación óptica en telecomunicaciones y el uso de partículas que responden a moléculas biológicas en nuevos tipos de diagnósticos médicos.

«Tenemos un método de procesamiento muy simple y fácil para tomar un tipo de partícula y crear una gama completa de materiales ópticos a partir de él, en lugar de tener que sintetizar una nueva partícula para cada material óptico que desee», dijo Andrew Lyon, profesor asistente de química y bioquímica en Georgia Tech. «Tenemos una solución de polímero que se puede procesar de manera normal mediante revestimiento por rotación, fundición y moldeo que normalmente no se puede hacer con otros tipos de materiales fotónicos coloidales».

Lyon presentará los detalles del proyecto en la 223ª reunión nacional de la American Chemical Society el 8 de abril en el simposio sobre «Materiales autoensamblados para bandas fotónicas».

Lyon y sus colegas fabricaron casi 100 tipos diferentes de partículas de hidrogel monodispersas, que varían en tamaño desde 50 nanómetros hasta 1 micra de diámetro. La temperatura a la que las partículas pasan al estado cristalino se puede controlar químicamente durante el proceso de síntesis en un rango de 10 grados C a 60 grados C.

Las nanopartículas se sintetizan a partir de poli-N-isopropilacrilamida (pNIPAm) ligeramente reticulada con N, N-metilenbis (acrilamida) (BIS). Después de la polimerización por precipitación en medio acuoso, las partículas se separan del agua circundante por simple centrifugación. El material gelatinoso vítreo resultante, que tiene un tono azul, verde o rojo tenue, es más viscoso que la miel.

Para darle propiedades ópticas deseables, el material debe ser recocido calentándolo más allá de la temperatura de transición de fase del volumen de las partículas de hidrogel componentes, a la cual el cristal fotónico pierde su orden y las nanopartículas comienzan a ceder su contenido de agua. Después de eliminar pequeñas cantidades de agua, el material se deja enfriar, reabsorber el agua y recristalizar. Este proceso de ciclo térmico sirve para empaquetar las partículas de hidrogel blando en una matriz hexagonal tridimensional ordenada, que produce la estructura dieléctrica periódica requerida para las propiedades ópticas.

La etapa de recocido se repite hasta 15 veces hasta que la estructura cristalina resultante tenga las propiedades ópticas deseadas. Los cristales producidos hasta ahora por Lyon y los colaboradores Justin Debord, Saet Byul Debord y Clinton Jones reflejan los colores luminosos del azul, el verde o el rojo.

«Aunque el ensamblaje de cristales coloidales a partir de tales partículas se ha informado anteriormente, esto representa la primera relación en la que la suavidad y la sensibilidad al calor de las partículas componentes se utilizan para crear un cristal coloidal sintonizable mediante la compresión de partículas», dijo. Lyon. «Estos ensamblajes blandos pueden presentar nuevas oportunidades para la fabricación de materiales modelados y particulados para aplicaciones fotónicas».

Al controlar cuidadosamente la hidratación de las partículas, los investigadores pueden ajustar los colores en incrementos de un nanómetro en un rango de longitud de onda de más de 200 nanómetros. «Tenemos muy buen control, tanto en términos de la amplitud de la transición como de la precisión con la que podemos diseñar el color del material», dijo Lyon.

Cuando se calienta por encima de la temperatura de transición, el material fluye fácilmente a una forma líquida y se puede moldear, moldear o recubrir girando sobre una superficie usando técnicas estándar de procesamiento de polímeros.

Si bien las aplicaciones prácticas pueden estar muy lejanas, los investigadores prevén usos en la industria de las telecomunicaciones, donde los cristales fotónicos ajustados con precisión podrían usarse para extraer información transportada por fibras ópticas en longitudes de onda específicas. El envío de señales codificadas a diferentes longitudes de onda permite que las fibras transporten grandes volúmenes de información en un proceso llamado muliplexado. Los cristales sintonizables producidos a través del proceso de Georgia Tech transmitirían solo un rango estrecho de longitudes de onda, lo que permitiría la recuperación de flujos de datos específicos de fibras ópticas.

Además de las nanopartículas sensibles a la temperatura, el grupo de Lyon también creó partículas que transitan en respuesta a los niveles de pH y la presencia de iones metálicos. Están trabajando en partículas que responderían a proteínas específicas u otras moléculas biológicas que podrían ser útiles en el diagnóstico médico para detectar marcadores de enfermedades. Si bien queda mucho por hacer en cuestiones de ingeniería de materiales, Lyon prevé la producción de un polvo de nanopartículas que podría producirse y distribuirse con una «receta» para producir cristales capaces de reflejar longitudes de onda específicas.

«Debido a que estos materiales se autoensamblan, viven en un pozo termodinámico profundo, de modo que sus propiedades ópticas son el resultado de la disposición termodinámicamente preferida de las partículas», explicó. “Esto nos permite producir materiales que son inherentemente muy estables. Se forman muy rápidamente y, como entendemos que el recocido utiliza la reactividad térmica, nos permite crear un material desordenado y darle un impulso térmico para ayudarlo a encontrar su fase termodinámicamente preferida. La velocidad, reproducibilidad y estabilidad con la que se pueden montar son enormes ventajas. «

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