Às vezes, maior não é melhor. Pesquisadores do Laboratório Nacional de Savannah River do Departamento de Energia dos EUA demonstraram com sucesso que podem substituir pequenas partículas úteis de titanato monossódico (MST) por partículas nanométricas ainda mais minúsculas, tornando-os ainda mais úteis para uma variedade de aplicações.
MST é um material de troca iônica usado para descontaminar soluções de águas residuais industriais e radioativas, e tem se mostrado uma forma eficaz de entregar metais em células vivas para alguns tipos de tratamento médico. Tipicamente, MST, e uma forma modificada conhecida como mMST desenvolvida por SRNL and Sandia National Laboratories, estão na forma de pós finos, partículas de formato esférico com cerca de 1 a 10 mícrons de diâmetro.
"Ao tornar cada partícula menor, "diz o Dr. David Hobbs da SRNL, liderança do projeto de pesquisa, "você aumenta a quantidade de área de superfície, em comparação com o volume total da partícula. Uma vez que a superfície da partícula é onde ocorrem as reações, você aumentou a área de trabalho do MST. "Por exemplo, uma partícula de 10 nanômetros tem uma proporção de área de superfície para volume que é 1000 vezes maior que a de uma partícula de 10 mícrons. Assim, este projeto buscou sintetizar materiais de titanato que apresentam tamanhos de partícula em nanoescala (1 - 200 nm). Depois de sintetizar titanatos de tamanho nanométrico com sucesso, a equipe investigou e descobriu que as partículas menores realmente exibem boas características de troca iônica. Eles também servem como fotocatalisadores para a decomposição de contaminantes orgânicos e são plataformas eficazes para a entrega de metais terapêuticos.
O Dr. Hobbs e seus parceiros no projeto examinaram três métodos de produção de nanopartículas, resultando em três formas diferentes. Um é um método sol-gel, semelhante ao processo usado para produzir partículas de MST "normais" de tamanho mícron, mas usando surfactantes e concentrações diluídas de produtos químicos reativos para controlar o tamanho das partículas. Este método resultou em partículas esféricas com cerca de 100-150 nm de diâmetro.
Um segundo método começou com partículas de tamanho mícron típicas, em seguida, delaminou e "abriu" o zíper para produzir partículas fibrosas com cerca de 10 nm de diâmetro e 100-150 nm de comprimento. O terceiro método, que havia sido relatado anteriormente na literatura científica, foi uma técnica hidrotérmica que produziu nanotubos com um diâmetro de cerca de 10 nm e comprimentos de cerca de 100 -500 nm.
A equipe tinha considerável experiência em trabalhar com o MST, tendo previamente modificado com peróxido para formar mMST, que exibe desempenho aprimorado na remoção de certos contaminantes de resíduos radioativos e entrega de metais para tratamento médico. O Nanosize MST produzido por todos os três métodos foi convertido com sucesso na forma modificada com peróxido. Tal como acontece com titanatos de tamanho mícron, os titanatos de nanosize modificados com peróxido exibem uma cor amarela. A intensidade da cor amarela parecia menos intensa com os nanotubos produzidos hidrotermicamente, sugerindo que a superfície quimicamente resistente dos nanotubos pode limitar a conversão para mMST.
Os testes confirmaram que os materiais funcionam como trocadores de íons eficazes. Por exemplo, as amostras esféricas de nanoMST e nanotubos e suas respectivas formas modificadas com peróxido removem estrôncio e actinídeos de resíduos radioativos alcalinos de alto nível. Sob condições fracamente ácidas, os titanatos e peroxotitanatos de tamanho nanométrico removeram mais de 90% de 17 íons metálicos diferentes.
Os titanatos "descompactados" e suas formas modificadas com peróxido provaram ser fotocatalisadores particularmente bons para a decomposição de contaminantes orgânicos.
Testes de triagem in vitro mostraram que titanatos trocados por metal de tamanho nano e mícron inibem o crescimento de uma série de câncer oral e linhagens de células bacterianas. O mecanismo de inibição não é conhecido, mas os resultados preliminares da microscopia eletrônica de varredura sugerem que os titanatos podem estar interagindo diretamente com a parede do núcleo para entregar concentração de íons metálicos suficiente ao núcleo da célula para inibir a replicação celular.
