Nanocopas: Nanomateriales avanzados para doblar la luz en aplicaciones biomédicas y fotónicas

Nanocáscaras, nanohuevos y nanocopas

Las nanocáscaras son núcleos esféricos de sílice recubiertos con una fina capa de oro. Cuando el núcleo está descentrado dentro de la capa, la estructura se convierte en un nanohuevo; si el desplazamiento supera el espesor de la capa, el núcleo perfora la capa, formando una nanocopa. Estas formas exhiben espectros de absorción y dispersión distintos, con nanohuevos mostrando picos multipolares fuertemente desplazados al rojo e intensidades de campo cercano mejoradas comparados con nanocáscaras.

Potencial biomédico de los nanohuevos

Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong diseñaron un nanohuevo que comprende una dura capa de cobalto encapsulando un núcleo de platino-hierro. Este diseño entrega de forma segura platino, un agente anticancerígeno reconocido, a células tumorales. Estudios in vitro revelaron que el nanohuevo es siete veces más citotóxico para células cancerosas que el fármaco estándar cisplatino, manteniendo un perfil de seguridad favorable.

El proceso de fabricación implica sintetizar nanopartículas de sulfuro de cobalto que forman una capa cristalina porosa alrededor de nanocristales de hierro/platino. Los poros de la capa son lo suficientemente grandes para permitir la penetración de agua, sin embargo, las partículas huecas de sulfuro de cobalto exhiben toxicidad despreciable hacia células cancerosas humanas cultivadas.

Nanocopas: Metamateriales que doblan la luz

Las nanocopas son nanopartículas minúsculas en forma de copa que pueden manipular la luz a través de interacciones plasmónicas. Al incrustar estas nano-antenas en una matriz de polímero, científicos han creado un metamaterial que redirige la luz entrante en una dirección predeterminada, minimizando la retro-dispersión y haciendo el material efectivamente invisible al ojo.

Proceso de fabricación

La producción de nanocopas que doblan la luz implica depositar partículas coloidales de poliestireno o látex sobre un sustrato de vidrio, evaporar una capa de oro a ángulos controlados y recubrir con un elastómero. Tras el curado, la lámina compuesta se separa del sustrato, dejando nanocopas orientadas incrustadas en el elastómero.

Aplicaciones

• Transmisión óptica de señales entre chips para computación de alta velocidad.
• Espectroscopía mejorada y super-lentes para imagen de alta resolución.
• Sistemas de seguimiento fotovoltaico que enfocan la luz solar en un receptor fijo, aumentando la eficiencia de paneles solares.

Otras nanoestructuras

Ghim Wei Ho del Laboratorio de Ciencia Nanoescala de la Universidad de Cambridge ha demostrado el crecimiento de diversas nanoestructuras —incluyendo nanohilos, conos, anillos, copas y formas florales. Estos compuestos complejos, a menudo amorfos-cristalinos, prometen para dispositivos electrónicos y fotónicos de próxima generación.