Un dispositiu per generar energia hidroelèctrica a partir de l’aigua de les canonades
març 27, 2023
Un innovador tractament per al càncer d’ossos basat en hidrogels tractats amb gas plasma
abril 14, 202314/04/2023
La quiralitat és una propietat present a la natura que consisteix en la no superposició d'un objecte amb la seva imatge especular, o, el que és el mateix, el seu reflex en un mirall. Així, per exemple, la mà dreta no es pot superposar a la seva imatge especular, que és la mà esquerra. Tot i que la seva fórmula molecular és idèntica, l'orientació tridimensional és diferent.
La detecció d'estructures quirals a través d'espectroscòpia quiral és fonamental en química, biologia i la indústria farmacèutica, ja que proporciona informació important sobre les estructures secundàries de proteïnes, transicions electròniques i conformació de petites molècules. No obstant això, detectar la quiralitat molecular resulta molt complicat, ja que el senyal que apareix en l'espectròmetre és tan dèbil que fa difícil identificar aquestes diferències en l'estructura molecular.
Per avançar en aquest camp, el grup de recerca Polyfunctional Polymeric Materials (POLY2) de la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC) treballarà en el projecte CELICOIDS - Nanohelicoid metamaterials templated by cellulose nanocrystals with end-tethered polymers, en el marc del qual es desenvoluparan nous metamaterials −materials dissenyats per tenir una propietat que no es troba en la natura− capaços d’augmentar la sensibilitat espectroscòpica per distingir la quiralitat molecular. Aquests metamaterials, amb forma helicoidal, s'obtindran a partir de cel·lulosa, un polisacàrid extret del paper, cotó o altres fibres vegetals, a la qual s'aplicarà un tractament d’hidròlisi que permetrà extreure nanocristalls de cel·lulosa, als quals s'acoblaran, als extrems, polímers funcionals sintètics. Aquests nanocristalls modificats s'utilitzaran com a plantilla per fabricar metamaterials metàl·lics.
Resultats i impacte esperat
Els cristalls líquids de cel·lulosa en assecar-se, són capaços d’autoassemblar-se per formar estructures helicoidals. La novetat rau en el fet que ara es modificaran els extrems d'aquests cristalls nanomètrics per adjuntar-hi polímers funcionals sintètics que guiaran la formació de nanohelicoides metàl·lics.
Com a resultat, s’obtindrà una pel·lícula que es podrà impregnar amb metalls com l'or, per exemple, que quedarà immobilitzat als extrems, on hi ha aquests polímers funcionals. Després de cristal·litzar el metall i d'eliminar la plantilla de cel·lulosa modificada, l'objectiu final és aconseguir una estructura metàl·lica helicoidal nova, semblant a un cargol o rosca d'Arquímedes, en escala nano. Aquest procediment és pioner, ja que, fins ara, no ha estat possible fabricar estructures metàl·liques tan complexes mitjançant l'autoassemblatge.
L'estructura resultant serà també quiral i tindrà propietats electromagnètiques no observades a la natura, que milloraran la detecció de molècules quirals en diferents camps de recerca. Així, quan es combinin en una solució d'estereoisòmers, ho faran actuar com a vehicle de comunicació entre la llum i les petites molècules quirals, amplificant el senyal global de la seva detecció en l’espectroscòpia, com el dicroisme circular.
Les aplicacions finals d'aquests nous metamaterials van des de l'òptica quiral al seu ús en nanodispositius, màquines i sensors quirals, a més d'aplicacions en els camps de la biologia o la indústria farmacèutica. També poden ser una base per a futurs dispositius d'encobriment d'invisibilitat i lents per a imatges de superresolució en ciències naturals i en l'àmbit mèdic.
A més, el procés d'enginyeria proposat, basat únicament en l'autoassemblatge, representa un canvi de paradigma en la recerca i la manufactura de metamaterials, ja que simplifica la fabricació de metamaterials quirals, que actualment es basa en processos complexos i costosos a partir de la deposició de vapor al buit.
Pressupost i finançament
CELICOIDS està finançat amb prop de dos milions d'euros, gràcies a un dels ajuts del Consell Europeu de Recerca (ERC, per les sigles en anglès d'European Research Council), dins del programa Horizon Europe. El projecte té una durada de 5 anys (març 2023 - febrer 2028).
Projectes Relacionats
- Investigadors de la UPC participen en el projecte Quartz Enrichment Enabling Near-Zero Silicon (QUEEN), amb l’objectiu de reduir la dependència de la Unió Europea de fonts externes per a matèries primeres crítiques, especialment del silici metal·lúrgic (MG-Si). Per aconseguir-ho, es proposa aprofitar un recurs poc explotat fins ara: la sorra de quars procedent de pedreres europees, amb la finalitat de produir MG-Si de manera local, sostenible i eficient.
- Un equip multidisciplinari format per investigadors del Grup de Recerca en Recursos i Indústries Intel·ligents i Sostenibles (RIIS), el Grup de Recerca en Mineria Sostenible (GREMS) i Materials de Construcció i Carreteres (MATCAR) de la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC) lidera el projecte VALORFIN. L’objectiu és desenvolupar una solució tecnològica per a la valorització de la fracció fina dels residus de construcció i demolició (RCD), amb la finalitat de transformar-la en nous materials cimentants de baixes emissions de CO2, i alhora reduir la presència de materials perillosos en aquests residus.
- Els grups de recerca Dinàmica Fluvial i Enginyeria Hidrològica (FLUMEN) i Materials de Construcció i Carreteres (MATCAR) de la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC), juntament amb l’empresa SORIGUÉ —amb una àmplia experiència en mescles bituminoses i líder del projecte—, desenvolupen BITSDRAIN.
- El grup de recerca Innovació en Materials i Enginyeria Molecular-Biomaterials per Teràpies Regeneratives (IMEM-BRT) de la Universitat Politècnica de Catalunya-BarcelonaTech (UPC), junt amb l’Institut Català d’Investigació Química (ICIQ) han desenvolupat resines polimèriques, a partir de materials d'origen vegetal, per disminuir la dependència de la impressió 3D de resines basades en combustibles fòssils.
