Por CRISTINA CHAMORRO POYO

La síntesis comercial de nanopartículas ferromagnéticas a temperatura ambiente es difícil porque las partículas se forman rápidamente, produciendo racimos de partículas aglomeradas con peores propiedades magnéticas y cristalinas que las ideales del material.

Sin embargo, como ya se describió en este [1] blog, varias cepas de bacterias producen nanopartículas finas y uniformes de magnetita que tienen propiedades magnéticas adecuadas. Estas bacterias utilizan una proteína para formar partículas cristalinas de aproximadamente 50 nanómetros de diámetro.

Estos cristales están limitados por membranas para formar cadenas de partículas que las bacterias utilizan como una brújula para orientarse a partir del campo magnético de la Tierra.

Como cuando se debe diseñar algo, es difícil encontrar una mejor fuente de inspiración que la Madre Naturaleza, para ver si era posible aprender de las bacterias, la investigadora Surya Mallapragada del Laboratorio de Ames, formó un equipo que incluyó a microbiólogos, bioquímicos, químicos de los materiales, ingenieros químicos, científicos de los materiales y físicos, del laboratorio así como de la Universidad Estatal de Iowa, la universidad que administra ese laboratorio.

Basándose en un trabajo anterior realizado por un equipo de investigación japonés, la bioquímica Marit Nilsen-Hamilton, del Laboratorio de Ames, estudió varias proteínas de las que se conocía su capacidad para enlazarse al hierro, incluyendo la Mms6 encontrada en las bacterias magnetotácticas que ella clonó de esas bacterias.

Hablemos brevemente de Mms6

Mms6 representa una clase de proteínas que están estrechamente asociados con la magnetita bacteriana Magnetospirillum magneticum (ver la imagen). La proteína consta de una región N-terminal hidrófobo y un C-terminal hidrófilo, región que contiene múltiples aminoácidos de carácter ácido.

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A raíz de los análisis sobre la competencia del hierro con otros cationes inorgánicos, se ha sugerido que la región C-terminal es el sitio de unión de hierro. Sin embargo, la función exacta de Mms6 en el proceso de síntesis de magnetita sigue siendo desconocida. No obstante, se ha examinado recientemente la síntesis de magnetita por oxidación parcial de hidróxido ferroso, con y sin la adición de Mms6, así como las características cristalográficas de la magnetita. La síntesis de magnetita mediada por Mms6 producía cristales de un tamaño uniforme y con una morfología cubooctahedral similar a la observada en la bacteriana M. magneticum. En cambio, los cristales formados en la ausencia de Mms6 es octaédrica, con un mayor aumento del tamaño distribución.

Cordones de nanopartículas magnéticas dentro de bacterias.  

La química Tanya Prozorov probó a sintetizar cristales, utilizando las proteínas con varias concentraciones de reactivos en una solución acuosa, pero las partículas se formaron rápidamente, eran demasiado pequeñas y carecían de la morfología específica del cristal.
A sugerencia del físico especialista en el crecimiento de cristales Paul Canfield, el equipo utilizó geles de polímero desarrollados por Mallapragada y Balaji Narasimhan para ayudar a llevar a cabo lentamente la reacción y tener control sobre la formación de los nanocristales, minimizando la agregación.

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Prozorov también llevó a cabo análisis de microscopía electrónica de las nanopartículas sintéticas que mostraron que a partir de la Mms6 se habían producido cristales bien formados, en facetas, parecidos a los producidos de modo natural por las bacterias.
            El físico Ruslan Prozorov comprobó las propiedades magnéticas de los cristales sintéticos que también mostraron llamativas similitudes con los cristales producidos por las bacterias y la magnetita en bruto.

Entonces, el equipo procedió a averiguar si el método bioinspirado podría utilizarse para producir nanopartículas de ferrita de cobalto. La ferrita de cobalto, que no aparece en los organismos vivos, tiene propiedades magnéticas más deseables que la magnetita, pero presenta los mismos problemas que otras partículas de tamaño nanométrico para su producción comercial. El método funcionó bastante bien y los investigadores terminaron obteniendo perfectos cristales hexagonales de ferrita de cobalto.

Las nanopartículas magnéticas podrían utilizarse para:

• - Liberar medicamentos en puntos muy específicos y con enorme precisión.
• - Dispositivos de memoria de alta densidad.
• - Tintas magnéticas.

Páginas web de interés:

[4] http://grupogima.blogspot.com/2008/06/producen-nanoparticulas-magnticas.html

[5] http://www.amazings.com/ciencia/noticias/040608b.html

[6] http://www.external.ameslab.gov/final/News/2008rel/Magnetite.html

[7] http://www.creb.upc.es/index.php?option=com_content&task=view&id=99&Itemid=31

[8] http://www.solociencia.com/quimica/index-16.htm

[9] http://mkweb.uni-pannon.hu/ft/mtb/abstracts/Arakaki.pdf