Nous metamaterials capaços de detectar la quiralitat molecular
Un innovador tractament per al càncer d’ossos basat en hidrogels tractats amb gas plasma
abril 14, 2023
Un dispositiu per generar energia hidroelèctrica a partir de l’aigua de les canonades
març 27, 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
- El grup de recerca IMEM-BRT de la UPC lidera TherGel, un projecte que té com a objectiu combinar les propietats de tots dos materials en un hidrogel polimèric conductor que pugui ser emprat en sistemes d'evaporació d'aigua, com a membranes de filtració, i com a electròlits sòlids actius en cel·les electroquímiques de desionització capacitiva d'aigua salada.
Nous materials a partir de cautxú reciclat per a aplicacions domèstiques, industrials i de transport
Nous materials a partir de cautxú reciclat per a aplicacions domèstiques, industrials i de transport
Actualment, els dispositius de refrigeració utilitzats en aparells domèstics, industrials i de transport es basen en la compressió de vapor d'hidrofluorocarburs (HFC), cosa que té un alt potencial d'escalfament global (GWP, acrònim en anglès de Global Warming Potential). En aquest sentit, el ràpid creixement del sector de la refrigeració ha fet que l'alliberament d'HFC origini prop del 3% de les emissions mundials de gasos d'efecte hivernacle- El grup de recerca e-PLASCOM de la UPC treballa en el desenvolupament d’aerogels multifuncionals formats amb polímers naturals o biodegradables, amb l’objectiu que aquests esdevinguin alternatives ecològiques que puguin arribar a substituir, almenys parcialment, els materials plàstics d'origen no renovable emprats fins al moment.
- Investigadors del grup de recerca de Materials Polimèrics i Química Tèxtil (POLQUITEX) del Departament d'Enginyeria Química de la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC) participen en el projecte WAVE, l'objectiu del qual és el reciclatge de residus elastomèrics per a la seva posterior reutilització i valorització en diferents sectors industrials (automobilístic, civil, elèctric).
