Caracterización de nanopartículas
Las nanopartículas se diferencian de las sustancias químicas convencionales en que su composición química y su concentración no son parámetros suficientes para una descripción completa, ya que varían en otras propiedades físicas como el tamaño, la forma, las propiedades superficiales, la cristalinidad y el estado de dispersión.
Tiene aplicaciones potenciales en energía, sanidad, industria, comunicaciones, agricultura, productos de consumo y otros sectores.
Las nanopartículas tienen otras propiedades físicas que deben medirse para obtener una descripción completa, como el tamaño, la forma, las propiedades superficiales, la cristalinidad y el estado de dispersión.
[4][5] En contextos medioambientales, muchos métodos no pueden detectar concentraciones bajas de nanopartículas que, aun así, pueden tener un efecto adverso.
Los microscopios electrónicos pueden acoplarse a métodos espectroscópicos que permiten realizar análisis elementales.
[4][8] Un método más reciente, la microscopía de campo oscuro mejorada con imágenes hiperespectrales, resulta prometedor para obtener imágenes de nanopartículas en matrices complejas, como tejidos biológicos, con mayor contraste y rendimiento.
Los puntos cuánticos semiconductores son fluorescentes y las nanopartículas metálicas presentan absorciones plasmónicas superficiales, por lo que ambas se prestan a la espectroscopia ultravioleta-visible.
Si la partícula es alargada o de forma irregular, el tamaño diferirá entre dimensiones, aunque muchas técnicas de medición arrojan un diámetro esférico equivalente basado en la propiedad sustitutiva que se está midiendo.
Se suelen emplear cálculos retrospectivos a partir de mediciones del área superficial, pero están sujetos a errores en el caso de materiales porosos.
[4][8] Una propiedad estrechamente relacionada es la dispersión, una medida del grado en que las partículas se agrupan en aglomerados o agregados.
[7] La dispersión es un proceso dinámico muy afectado por las propiedades de las propias partículas, así como por su entorno, como el pH y la fuerza iónica.
[11] La morfología se refiere a la forma física de una partícula, así como a su topografía superficial, por ejemplo, la presencia de grietas, crestas o poros.
[7] Se pueden utilizar varias métricas, como la esfericidad o circularidad, la relación de aspecto, la elongación, la convexidad y la dimensión fractal.
[7] La disposición de los átomos elementales en una nanopartícula puede estar organizada en una estructura cristalina o puede ser amorfa.
Los cargadores de difusión en tiempo real miden la "superficie activa", el área de la partícula que interactúa con el gas o los iones circundantes y a la que sólo se puede acceder desde el exterior.
Los analizadores de movilidad eléctrica calculan el diámetro esférico equivalente, que puede convertirse utilizando relaciones geométricas.
[7] Existen múltiples técnicas para caracterizar la química superficial de las nanopartículas.
[7] La energía superficial o humectabilidad también son importantes para la agregación, disolución y bioacumulación de nanopartículas.
[11] La solubilidad es una medida del grado en que el material de una nanopartícula se disuelve para entrar en solución con otra sustancia, el soluto.
[7] Las técnicas analíticas de solubilidad miden cuantitativamente la concentración elemental total en una muestra y no discriminan entre formas disueltas o sólidas.
Por lo tanto, debe utilizarse un proceso de separación para eliminar las partículas restantes.
Así, las nanopartículas preparadas mediante procesos aparentemente idénticos deben caracterizarse para determinar si son realmente equivalentes.
Cualquier propiedad material o dimensional de un nanomaterial puede ser heterogénea, lo que puede dar lugar a heterogeneidad en sus propiedades funcionales.
[6] En cambio, la caracterización es especialmente importante para las nanomedicinas, ya que su eficacia y seguridad dependen en gran medida de propiedades críticas como la distribución del tamaño de las partículas, la composición química y la cinética de carga y liberación del fármaco.
[11] Las propiedades de una nanopartícula, como la distribución del tamaño y el estado de aglomeración, pueden cambiar a medida que se prepara el material y se utiliza en estudios toxicológicos.
Éstas pueden diferir del estado "tal como se recibe" debido a la formación de agregados y aglomerados si el material ha estado en forma de polvo, la sedimentación de agregados y aglomerados más grandes, o la pérdida por adhesión a superficies.
El examen post mortem o histológico permite medir estos cambios en el material, aunque el propio tejido puede interferir en las mediciones.
[22][1] Aún no se han establecido límites de exposición profesional para muchas de las nanopartículas de ingeniería que se producen y utilizan en la actualidad, cuyo número es elevado y va en aumento, ya que no se conocen todos sus peligros.
[17] Aunque los parámetros basados en la masa se utilizan tradicionalmente para caracterizar los efectos toxicológicos de la exposición a contaminantes atmosféricos, sigue sin estar claro qué parámetros son los más importantes en el caso de las nanopartículas artificiales.
[36] Los materiales de referencia son materiales establecidos o producidos para ser homogéneos y estables en al menos una propiedad física medible para proporcionar una medición de control.
