NANOVALVE-CONTROLLED CARGO RELEASE ACTIVATED BY PLASMONIC HEATING

 

"Nanovalve-controlled cargo release activated by plasmonic heating". J. Croissant, J. I. Zink. JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 134, 7628 (2012). DOI: 10.1021/ja301880x

The synthesis and operation of a light-operated nanovalve that controls the pore openings of mesoporous silica nanoparticles containing gold nanoparticle cores is described. The nanoparticles, consisting of 20 nm gold cores inside 150 nm mesoporous silica spheres, were synthesized using a unique one-pot method. The nanovalves consist of cucurbit[6]uril rings encircling stalks that are attached to the 2 nm pore openings. Plasmonic heating of the gold core raises the local temperature and decreases the ring–stalk binding constant, thereby unblocking the pore and releasing the cargo molecules that were preloaded inside. Bulk heating of the suspended particles to 60 °C is required to release the cargo, but no bulk temperature change was observed in the plasmonic heating release experiment. High-intensity irradiation caused thermal damage to the silica particles, but low-intensity illumination caused a local temperature increase sufficient to operate the valves without damaging the nanoparticle containers. These light-stimulated, thermally activated, mechanized nanoparticles represent a new system with potential utility for on-command drug release.

Se describe la síntesis y la operación de una nanoválvula operada con luz que controla la apertura de poros en nanopartículas de dióxido de silicio nanoporoso que contienen núcleos de nanopartículas de oro. Las nanopartículas, que consisten de núcleos de oro de 20 nm dentro de esferas de dióxido de silicio mesoporoso de aproximadamente 150 nm, fueron sintetizadas usando un método de un sólo paso. Las nanoválvulas están hechas de anillos de cucurbit[6]uril que rodean ejes enlazados a las aberturas de poros con dimensiones cercanas a los 2 nm. El calentamiento plasmónico del núcleo de oro aumenta la temperatura local y disminuye la constante de atracción entre el anillo y el eje, desbloqueando así al poro y liberando el cargamento de moléculas que previamente se habían introducido. Se requiere de un calentamiento en bulto a 60°C de las partículas suspendidas para que el cargamento sea liberado, sin embargo no se observó cambio alguno en la temperatura de bulto cuando se realizó el experimento de liberación por calentamiento plasmónico. Las partículas de dióxido de silicio se dañaron térmicamente cuando se irradiaron con una alta intensidad, pero ante iluminación de baja intensidad se induce un incremento de la temperatura local suficiente para operar las válvulas sin que se dañen las nanopartículas contenedoras. Estas nanopartículas mecanizadas, activadas térmicamente mediante su estimulación por luz, representan un sistema novedoso con potenciales usos en la liberación controlada de medicamentos.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja301880x

DR. ZHAO EXPLAINS NANOPARTICLE CANCER THERAPY

Translation to spanish:

"Teranóstica (terapia y diagnóstico) en los modelos de cáncer de cabeza y cuello".

Los investigadores alrededor del mundo están explorando el uso de nanopartículas que se calientan como un posible tratamiento contra el cáncer. Científicos de la Universidad de Georgia (USA), han usado recientemente nanopartículas y campos magnéticos alternos para eliminar células cancerosas de tumores de cabeza y cuello en ratones.

Dr. Qun Zhao: La importancia de esta investigación radica en que usamos nanopartículas magnéticas, no sólamente como un agente de contraste para la diagnosis, sino que también como una plataforma para realizar hipertermia, la cual es una estrategia de tratamiento. Estas nanopartículas permiten también evaluar el efecto del tratamiento mediante imagenología hecha mediante resonancia magnética. Se trata pues, de una plataforma que reúne a la diagnosis, al tratamiento y a la evaluación posterior al tratamiento

LIGHT-TRIGGERED ERADICATION OF ACINETOBACTER BAUMANNII BY MEANS OF NO DELIVERY FROM A POROUS MATERIAL WITH AN ENTRAPPED METAL NITROSYL

"Light-Triggered Eradication of Acinetobacter baumannii by Means of NO Delivery from a Porous Material with an Entrapped Metal Nitrosyl". B. J. Heilman, J. St. John, S. R. J. Oliver, P. K. Mascharak. JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY. In press. DOI: 10.1021/ja3022736

A photoactive manganese nitrosyl, namely [Mn(PaPy₃)(NO)](ClO₄) ({Mn-NO}), has been loaded into the columnar pores of an MCM-41 host. Strong interaction between the polar nitrosyl and the −OH groups on the host wall leads to excellent entrapment of the NO donor within the porous host. With the aluminosilicate-based host (Al-MCM-41), the loading is further enhanced due to electrostatic interaction of the cationic species with the aluminum sites. The extent of loading has been determined via analytical techniques including N₂ adsorption/desorption isometry. Powder X-ray diffraction studies on the loaded materials afford patterns typical of an ordered mesoporous silicate consisting of a hexagonal array of unidimensional channels (with slight loss of crystallinity). Elemental mapping of the loaded particles confirms the incorporation of {Mn-NO} into the porous MCM-41 structure and attests to the homogeneity of the guest molecule distribution throughout individual particles. When suspensions of the loaded materials in saline solution are exposed to low-power (10–100 mW) visible light, rapid release of NO is observed. With continuous exposure, a steady release of 50–80 μM of NO is attained with 5 mg of material/mL buffer within 5 min, and the NO flux is maintained for a period of 60 min. Rapid bursts of 5–10 μM NO are noted with short light pulses. Loss of either the nitrosyl or its photoproduct(s) from these materials in biological media is minimal over long periods of time. The NO release profiles suggest potential use of these powdery biocompatible materials as NO donors where the delivery of NO (a strong antibiotic) could be controlled via the exposure of light. Such prediction has been confirmed with the successful eradication of both drug-susceptible and drug-resistant Acinetobacter baumannii in a soft-tissue infection model through light-triggered NO delivery.

 Se introdujo un manganeso nitrosil fotoactivo, de nombre [Mn(PaPy₃)(NO)](ClO₄) ({Mn-NO}), en los poros en forma de columna de un soporte tipo MCM-41. La fuerte interacción que existe entre los grupos nitrosil polares y los grupos -OH sobre las paredes del soporte llevan a un atrapamiento excelente del grupo donador NO en el soporte poroso. Con el soporte hecho de aluminosilicatos (Al-MCM-41), la introducción se incrementa aún más debido a la interacción electrostática de las especies catiónicas con los sitios del aluminio. La cantidad de introducción se determinó por medio de técnicas analíticas, entre las que se incluye la isometría de adsorción/desorción de N₂. Los estudios de difracción de rayos X en polvos en los materiales cargados muestran patrones típicos de un silicato mesoporoso ordenado, consistente de un arreglo hexagonal de canales unidimensionales (con una ligera pérdida de cristalinidad). La detección elemental de las partículas cargadas confirma la incorporación de {Mn-NO} en los poros de la estructura MCM-41 y comprueba la homogeneidad de la distribución de las moléculas dopantes a través de las partículas individuales. Cuando las suspensiones de los materiales cargados en soluciones salinas son expuestas a luz visible de baja potencia (10-100mW) se observa una liberación rápida de NO. Con la exposición continua se llega a una liberación estacionaria de 50-80 μM de NO, con un tope de 5 mg de material/mL en 5 min, y el flujo de NO se mantiene por un período aproximado de 60 min. Se distinguen liberaciones repentinas de 5-10 μM de NO ante pulsos de cortos de luz. La pérdida del nitrosil o de los foto-producto(s) de estos materiales en un medio biológico es mínima a lo largo de grandes períodos de tiempo. Los perfiles de liberación de NO sugieren el uso potencial de estos polvos biocompatibles como donadores NO donde el envío de NO (un fuerte antibiótico) podría ser controlado a partir de la exposición de luz. Tal predicción se ha confirmado con la erradicacción exitosa de la Acinetobacter baumannii, que es susceptible de fármacos y resistente a los fármacos, en un modelo de infección de tejido blando a través del envío activado por luz de NO.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja3022736 

JOB OFFER: ENGINEER SOLID STATE CHEMICAL / SOL-GEL

Saint-Gobain Recherche in France is looking for an R&D Engineer solid state chemical / sol-gel. More information at: 

https://www.isgs.org/index.php/job-offers-and-demands?task=view&id=11

Saint-Gobain Recherche de Francia solicita a un Ingeniero de la Química del Estado Sólido / Sol-Gel para Investigación y Desarrollo. Más información en:
https://www.isgs.org/index.php/job-offers-and-demands?task=view&id=11

ADVANTAGES OF USING Ti-MESH TYPE ELECTRODES FOR FLEXIBLE DYE-SENSITIZED SOLAR CELLS

"Advantages of using Ti-mesh type electrodes for flexible dye-sensitized solar cells". W. He, J. Qiu, F. Zhuge, X. Li, J. -H. Lee, Y. -D. Kim, H. -K. Kim, Y. -H. Hwang. NANOTECHNOLOGY 23, 225602 (2012). DOI: 10.1088/0957-4484/23/22/225602

We used Ti meshes for both the photoanodes and counter electrodes of dye-sensitized solar cells (DSSCs) to improve the flexibility and conductivity of the electrodes. These mesh type electrodes showed good transparency and high bendability when subjected to an external force. We demonstrated the advantages of cells using such electrodes compared to traditional transparent conducting oxide based electrodes and back side illuminated DSSCs, such as low sheet resistance, elevated photo-induced current and enhanced sunlight utilization. Nanotube layers of different thicknesses were investigated to determine their effect on the photovoltaic parameters of the cell. The overall efficiency of the best cells was approximately 5.3% under standard air mass 1.5 global (AM 1.5 G) solar conditions. Furthermore, the DSSCs showed an efficiency of approximately 3.15% due to the all Ti-mesh type electrodes even after illumination from the back side.

Se usaron mallas de Ti, tanto para los fotoánodos como para los contraelectrodos de celdas solares sensibilizadas con colorantes (DSSCs), para mejorar la flexibilidad y la conductividad de los electrodos. Estos electrodos tipo malla mostraron buena transparencia y una alta flexibilidad cuando se someten a una fuerza externa. Se demostraron las ventajas de usar tales electrodos en las celdas, en comparación con los electrodos tradicionales de óxidos conductores transparentes y con las DSSCs que son iluminadas por la parte de atrás, entre las que se encuentran la baja resistencia de las capas, la alta corriente fotoinducida y el aprovechamiento aumentado de la luz solar. Se estudiaron capas de nanotubos de diferentes espesores para determinar su efecto en los parámetros fotovoltaicos de las celdas. La eficiencia total de las mejores celdas fue de aproximadamente 5.3%, bajo condiciones solares correspondientes a una masa de aire estándar de 1.5 global (AM 1.5 G). Además las DSSCs mostraron una eficiencia de aproximadamente 3.15%, debido al uso total de electrodos tipo mallas de Ti, aún después de iluminarlas por la parte de atrás.

http://iopscience.iop.org/0957-4484/23/22/225602/ 

JOB OFFER: SENIOR SYNTHETIC CHEMIST (SOL-GEL CHEMISTRY)

An emerging company located in Chicago, IL, USA is looking for a Senior Synthetic Chemist (area of synthesis of novel metal oxide functional materials). More details at:

https://www.isgs.org/index.php/job-offers-and-demands?task=view&id=10

Una compañía emergente, establecida en Chicago, IL, EUA solicita Químico Sintético Senior (área de síntesis de nuevos materiales funcionales hechos de óxidos metálicos). Más detalles en:

https://www.isgs.org/index.php/job-offers-and-demands?task=view&id=10

FLEXIBLE CONTROL OF BLOCK COPOLYMER DIRECTED SELF-ASSEMBLY USING SMALL, TOPOGRAPHICAL TEMPLATES: POTENTIAL LITHOGRAPHY SOLUTION FOR INTEGRATED CIRCUIT CONTACT HOLE PATTERNING

"Flexible Control of Block Copolymer Directed Self-Assembly using Small, Topographical Templates: Potential Lithography Solution for Integrated Circuit Contact Hole Patterning". H. Yi, X. -Y. Bao, J. Zhang, C. Bencher, L.-W. Chang, X. Chen, R. Tiberio, J. Conway, H. Dai, Y. Chen, S. Mitra, H. -S. P. Wong. ADVANCED MATERIALS. In press. DOI: 10.1002/adma.201200265

Block copolymer directed self-assembly (DSA) using small guiding templates for contact hole patterning in integrated circuits is reported. Flexible and precise DSA control of 25 nm contact holes guided by 66 nm templates for industry-standard 22 nm static random access memory cells is experimentally demonstrated. For 22 nm random logic circuits a DSA-aware design methodology is developed and the contact holes are achieved with a critical dimension of 15 nm and overylay accuracy of 1 nm. 

Se reporta la auto-organización dirigida (DSA) de copolímeros de bloque a partir del uso de pequeñas plantillas de guía para la formación de patrones de huecos de contacto en circuitos integrados. Se demuestra experimentalmente el control flexible y preciso de la DSA para la elaboración de huecos de contacto de 25 nm, guiados por plantillas de 66 nm, para las celdas de memorias de acceso aleatorio estáticas de 22 nm, que son estándar en la industria. Para la elaboración de circuitos lógicos aleatorios de 22 nm se desarrolló un diseño metodológico que considera la DSA y los huecos de contacto se obtuvieron con una dimensión crítica de 15 nm y una precisión de revestimiento de 1 nm.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201200265/abstract 

NANOSONIC NANOTECHNOLOGY COLORING BOOK

 

NanoSonic Inc. has launched a Nanotechnology Coloring Book that shows, in line drawings, what the nanoworld looks like. The book is a resource for a better understanding of the nanotechnology world.

Nanotechnology Coloring Book

NanoSonic Inc. ha lanzado su Libro para Colorear sobre Nanotecnología, el cual muestra con dibujos sencillos cómo es el nanomundo. El libro es un apoyo para un mejor entendimiento del mundo de la nanotecnología.

Nanotechnology Coloring Book

CORONA EFFECT - EFECTO CORONA

Corona beer

It is very possible that the name "corona effect" brings to your mind the effect produced by drinking the worlwide known mexican Corona beer, however this post is rather about the effect due to the corona formed around electrodes with high curvature when they are at a high electric potential. Actually, the "corona" word (which means "crown" in english) often is used to name the ionized gas formed in some region of the space, it happens, for example, with the ionized gas around the sun, or maybe it is better to say, with the "solar corona".

Solar corona

To understand how the gas around metallic electrodes is ionized, it is important to consider that the electrostatic field of a good conductor of electricity with a high curvature (for example, the sharp tip of a needle) is very much larger than the electrostatic field around any other material with low curvature, even if this material is at the same electric potential of the first one.

Lightning rod on the top of the Eiffel tower

 It means that the "tips" exert a stronger force on the surrounding gas electric charges than the force exerted by electrodes with other different geometries. If the electrostatic field of the tips is very high, then they can induce the formation of ions around them; in fact, the design of lightning rods makes use this"metallic tips" property to direct properly the atmospheric electric discharges known as "lightnings".

 

Corona on the tip of a metallic needle

Thus, the air around a high curvature conductor material at a high voltage can be ionized, and a corona is formed around the conductor. The displacement of the corona ions, due to the electrostatic attraction force between opposite electric charges, gives place to several physical processes, which in some cases are at the origin of losses in transmission lines, because of the appearance of electric discharges. However, the displacement of the corona ions is also used in a great variety of ways, for instance it is used in air purifying devices, because it induces an electrostatic attraction between the dust particles in the environment, which then tend to form aggregates that fall down when they become massive enough; or for instance, it is used too in the printing process of the laser printers and the copy machines, because the ions attract the toner particles toward specific regions on the paper; or for instance, it is used to modify the electrostatic attraction of a particular surface in order to increase its adherence to some kinds of paints; or for instance it is used in the fabrication of threads made of solid nanofibers coming from polymer solutions.

Electrospinning device for nanofibers production

The physics of the strong electrostatic fields around high curvature conductors is behind very several applications, but it takes place in a couple of less known phenomena: the orientation of dipolar molecules in a material devoted to the conversion of photons with frequency ω in photons with frequency 2ω (it is interesting, for example, for the development of devices which convert infrared light into visible light) and the images formation in fabrics without the use of dyes (it is interesting, for example, in the study of historical pieces). In the first case, the ions are displaced toward the surface of a transparent film, which contains dipolar molecules, by means of a second electrode which also works as a  film holder; if the film thickness is short, then its electrostatic field inside is very high and the dipolar molecules tend to be oriented in a noncenotrosymmetric way along the field direction, which is a necessary condition for the films to convert incident photons into photons with the double of energy, that condition makes the films useful to work as a second harmonic generator.

Second harmonic generation

In the second case, the ions are displaced toward the surface of a fabric which is covering some object; the ions displacement toward the fabric modifies its chemical structure, recording in this way the object relieves on the fabric; there are scientists trying to explain in such a way the image formation on the Tourin shroud (also known as the Holy Shroud).

Coin on a fabric (image made by corona effect)

It is clear that the physics behind corona effect is present in a great diversity of knowledge areas, from the transmission of electric energy to the air purifying, from the printing of documents to the coating of several objects, from the textiles manufacture to the image formation in historical pieces, passing through its use in photonic devices.

Contribution to the XXXI edition of the Physics Carnival, organized by the Imperio de la Ciencia and dedicated to the Physics and its influence in other knowledge areas.

Cerveza corona

A más de uno el nombre de "efecto corona" le traerá a la mente el efecto que produce beber la mundialmente conocida cerveza mexicana de nombre Corona, sin embargo, esta entrada más bien se refiere al efecto que produce la corona que se forma alrededor de electrodos que tienen alta curvatura y que se encuentran a un alto potencial eléctrico. De hecho, la palabra "corona" suele emplearse para designar al gas ionizado que se forma en alguna región del espacio, así ocurre, por ejemplo, con el gas ionizado que se encuentra alrededor del Sol, o mejor dicho, con la "corona solar".

Corona solar

Para entender cómo es que se ioniza el gas que se encuentra alrededor electrodos metálicos, hay que considerar que el campo electrostático de un material que es buen conductor de electricidad y que tiene una alta curvatura (por ejemplo, la punta de una aguja metálica) es mucho mayor que el campo electrostático de algún otro material que tenga baja curvatura y que se encuentra al mismo potencial eléctrico que el primero.

Pararrayos en lo más alto de la torre Eiffel

Es decir, que las "puntas" ejercen una mayor fuerza sobre las cargas eléctricas del gas circundante que otros electrodos con geometrías distintas. Si el campo electrostático debido a las puntas es muy grande, éstas pueden provocar la formación de iones a su alrededor; de hecho, el diseño de pararrayos suele aprovechar esta propiedad de las "puntas metálicas" para dirigir adecuadamente las descargas eléctricas atmosféricas conocidas como "rayos".

Corona en la punta de una aguja metálica

Así que el aire que se encuentra alrededor de un material conductor con alta curvatura y que mantiene un alto voltaje, puede quedar ionizado y formando una corona alrededor del conductor. El movimiento de los iones de la corona, provocado por la fuerza de atracción electrostática entre cargas eléctricas de signo opuesto, da lugar a diversos procesos físicos que llegan a provocar pérdidas de energía en líneas de transmisión, debido a la formación de descargas eléctricas. Sin embargo, el movimiento de los iones de la corona también es aprovechado de muy diversas maneras, por ejemplo, se utiliza en dispositivos de purificación de aire, ya que induce la atracción electrostática entre las partículas de polvo que hay en el ambiente, logrando que se aglomeren y caigan al piso una vez que su masa se vuelve los suficientemente grande; o por ejemplo, también se utiliza para imprimir documentos a través de fotocopiadoras o de impresoras láser, ya que los iones atraen a las partículas de tóner hacia regiones específicas del papel; o por ejemplo, se utiliza para modificar la atracción electrostática de una superficie en particular y así aumentar su adherencia a ciertos tipos de pinturas; o por ejemplo, para la elaboración de hilos hechos de nanofibras sólidas a partir de soluciones poliméricas.

Dispositivo de electrospinning para la fabricación de nanofibras

La física de la formación de campos electrostáticos intensos alrededor de conductores de alta curvatura se encuentra detrás de muy diversas aplicaciones, sin embargo, también participa en un par de fenómenos que no son tan conocidos: la orientación de moléculas dipolares en un material para la conversión de fotones de frecuencia ω en fotones de frecuencia 2ω (de interés, por ejemplo, en dispositivos que convierten luz infrarroja en luz visible) y la formación de imágenes en telas sin el uso de pigmentos (de interés, por ejemplo, en el estudio de piezas de interés histórico). En el primer caso los iones son despalzados hacia la superficie de una película transparente que contiene moléculas dipolares mediante el uso de un segundo electrodo que sirve de soporte a la película; si el espesor de la película es muy pequeño entonces el campo electrostático en su interior es muy grande y las moléculas dipolares tienden a alinearse de forma no centrosimétrica a lo largo de la dirección del campo, lo cual es una condición indispensable para que la película pueda convertir a los fotones incidentes en fotones que tengan el doble de energía, es decir, para que la película funcione como un generador de segundo armónico.

Generación de segundo armónico

En el segundo caso los iones son desplazados hacia la superficie de una tela que recubre a algún objeto, el desplazamiento de los iones hacia la tela modifica la estructura química de ésta, quedando grabados los relieves del objeto, de esta manera hay quienes intentan explicar científicamente la imagen formada en el sudario de Turín (también conocido como Sábana Santa).

Moneda sobre un pedazo de tela (imagen hecha mediante efecto corona)

Como pueden ver, la física del efecto corona abarca muchas áreas muy diversas del conocimiento, desde la transmisión de electricidad hasta la purficiación de aire, desde la impresión de documentos hasta los recubrimientos de diversos objetos, desde los textiles hasta la formación de imágenes en piezas de valor histórico, pasando por su empleo en dispositivos fotónicos.

Aportación a la edición XXXI del Carnaval de la Física, dedicada a la Física y sus apariciones en otras áreas del conocimiento, y que en esta ocasión es organizado por el Imperio de la Ciencia.

PHOTONICS WEST 2013

http://spie.org/x2584.xml

LATIN AMERICA OPTICS AND PHOTONICS CONFERENCE (LAOP) 2012

http://www.osa.org/meetings/topical_meetings/LAOP/default.aspx

OPTICALLY INDUCED INTERACTION OF MAGNETIC MOMENTS IN HYBRID METAMATERIALS

 "Optically induced interaction of magnetic moments in hybrid metamaterials". A. E. Miroshnichenko, B. Luk'yanchuk, S. A. Maier, Y. S. Kivshar. ACS NANO 6, 837 (2012). DOI: 10.1021/nn204348j

We propose a novel type of hybrid metal–dielectric structures composed of silicon nanoparticles and split-ring resonators for advanced control of optically induced magnetic response. We reveal that a hybrid “metamolecule” may exhibit a strong distance-dependent magnetic interaction that may flip the magnetization orientation and support “antiferromagnetic” ordering in a hybrid metamaterial created by a periodic lattice of such metamolecules. The propagation of magnetization waves in the hybrid structures opens new ways for manipulating artificial “antiferromagnetic” ordering at high frequencies.

Se propone un nuevo tipo de estructuras híbridas metal-dieléctrico compuestas de nanopartículas de silicio y anillos resonadores abiertos, para el control avanzado de la respuesta magnética inducida ópticamente. Se pone en evidencia que la "metamolécula" híbrida puede exhibir una fuerte interacción magnética dependiente de la distancia, lo cual puede invertir la orientación de la magnetización y provocar un ordenamiento "antiferromagnético" en el metamateria híbrido creado por una rejilla periódica de tales metamoléculas. La propagación de las ondas de magentización en las estructuras híbridas abre camino a nuevas formas de manipulación artificial del ordenamiento "antiferromagnético" a altas frecuencias.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn204348j

ALL-SOLID-STATE DYE-SENSITIZED SOLAR CELLS WITH HIGH EFFICIENCY

"All-solid-state dye-sensitized solar cells with high efficiency". I. Chung, B. Lee, J. He, R. P. H. Chang, M. G. Kanatzidis. NATURE 485, 486 (2012). DOI: 10.1038/nature11067

Dye-sensitized solar cells based on titanium dioxide (TiO₂) are promising low-cost alternatives to conventional solid-state photovoltaic devices based on materials such as Si, CdTe and CuIn_1−xGa_xSe₂. Despite offering relatively high conversion efficiencies for solar energy, typical dye-sensitized solar cells suffer from durability problems that result from their use of organic liquid electrolytes containing the iodide/tri-iodide redox couple, which causes serious problems such as electrode corrosion and electrolyte leakage. Replacements for iodine-based liquid electrolytes have been extensively studied, but the efficiencies of the resulting devices remain low. Here we show that the solution-processable p-type direct bandgap semiconductor CsSnI₃ can be used for hole conduction in lieu of a liquid electrolyte. The resulting solid-state dye-sensitized solar cells consist of CsSnI_2.95F_0.05 doped with SnF₂, nanoporous TiO₂ and the dye N719, and show conversion efficiencies of up to 10.2 per cent (8.51 per cent with a mask). With a bandgap of 1.3 electronvolts, CsSnI₃ enhances visible light absorption on the red side of the spectrum to outperform the typical dye-sensitized solar cells in this spectral region.

Las celdas solares hecas con dióxido de titanio (TiO₂) y sensibilizadas con colorantes orgánicos son una alternativa de bajo costo prometedora para los dispositivos fotovoltaicos de estado sólido convencionales, los cuales usualmente están hechos con materiales tales como Si, CdTe y CuIn_1−xGa_xSe₂. A pesar de que ofrecen eficiencias de conversión de energía solar relativamente altas, las celdas solares que usualmente están sensibilizadas con colorantes orgánicos experimentan problemas de durabilidad, que provienen del uso de electrolitos orgánicos líquidos que contienen la pareja redox yoduro/tri-yoduro, y que causan problemas tan serios como la corrosión de los electrodos y las pérdidas de electrolitos. El reemplazo de los electrolitos líquidos basados en yoduro ha sido ampliamente estudiado, pero las eficiencias de los dispositivos resultantes suelen permanecer bajas. Aquí se muestra que una solucion hecha con el semiconductor tipo p de brecha de energía directa CsSnI₃, puede ser usada para la conducción de huecos en lugar de un electrolito líquido. Las celdas solares de estado sólido sensibilizadas con colorantes orgánicos, así resultantes, consisten de CsSnI_2.95F_0.05 contaminado con SnF₂, TiO₂ nanoporoso y el colorante N719, y muestran eficiencias de conversión de hasta un 10.2 por ciento (8.51 por ciento con una máscara). Con una brecha de energía de 1.3 electronvolts, el CsSnI₃ aumenta la absorción de luz visible en la región roja del espectro, con lo que supera, en esta región espectral, el desempeño típico de las celdas solares sensibilizadas con colorantes orgánicos.

http://www.nature.com/nature/journal/v485/n7399/full/nature11067.html

MAPPING INTRACELLULAR TEMPERATURE USING GREEN FLUORESCENT PROTEIN

"Mapping Intracellular Temperature Using Green Fluorescent Protein". J. S. Donner, S. A. Thompson, M. P. Kreuzer, G. Baffou, R. Quidant. NANOLETTERS 12, 2107 (2102). DOI: 10.1021/nl300389y

Heat is of fundamental importance in many cellular processes such as cell metabolism, cell division and gene expression. Accurate and noninvasive monitoring of temperature changes in individual cells could thus help clarify intricate cellular processes and develop new applications in biology and medicine. Here we report the use of green fluorescent proteins (GFP) as thermal nanoprobes suited for intracellular temperature mapping. Temperature probing is achieved by monitoring the fluorescence polarization anisotropy of GFP. The method is tested on GFP-transfected HeLa and U-87 MG cancer cell lines where we monitored the heat delivery by photothermal heating of gold nanorods surrounding the cells. A spatial resolution of 300 nm and a temperature accuracy of about 0.4 °C are achieved. Benefiting from its full compatibility with widely used GFP-transfected cells, this approach provides a noninvasive tool for fundamental and applied research in areas ranging from molecular biology to therapeutic and diagnostic studies.

El calor es sumamente importante en muchos procesos celulares, tales como el metabolismo celular, la división celular y la expresión de genes. La detección precisa y no invasiva de los cambios de temperatura en células individuales puede ayudar a clarificar los intrincados procesos celulares y a desarrollar nuevas aplicaciones en medicina y en biología. Aquí se reporta el uso de proteínas verdes fluorescentes (GFP) como nanosondas térmicas destinadas a explorar la temperatura intracelular. La medición de temperatura se consigue controlando la anisotropía en la polarización de la fluorescencia de las GFP. El método se comprueba en GFP transfectadas en las líneas de células cancerosas HeLa y U-87 MG, donde se controla la liberación de calor por medio del calentamiento fototérmico de nanobarras de oro que rodean a las células. Se han conseguido una resolución espacial de 300 nm y una precisión en la determinación de la temperatura de cerca de 0.4 °C. Gracias a su total compatibilidad con las ampliamente usadas células transfectadas con GFP, este método proporciona una herramienta no invasiva para la investigación fundamental y aplicada en áreas que van desde la biología molecular hasta los estudios terapéuticos y de diagnosis.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl300389y#cor1

THIRD INTERNATIONAL CONFERENCE ON MULTIFUNCTIONAL, HYBRID AND NANOMATERIALS - SORRENTO 2013

http://www.hybridmaterialsconference.com/index.html

APPLICATIONS OF HYBRID MATERIALS: FROM THE MULTIFUNCTIONAL FILMS TO SMART THERAPEUTIC CARRIERS

 

http://www.college-de-france.fr/site/en-clement-sanchez/Course_.htm 

 

Lecture about Applications of hybrid materials: from the multifunctional films to smart therapeutic carriers given at Le Collège de France by Prof. Clément Sanchez from the Centre National de la Recherche Scientifique (France).

Charla acerca de Aplicaciones de los materiales híbridos: dese las películas multifuncionales hasta los portadores terapéuticos inteligentes dada en Le Collège de France por el Prof. Clément Sanchez del Centre National de la Recherche Scientifique (Francia).

A PILOT STUDY IN NON-HUMAN PRIMATES SHOWS NO ADVERSE RESPONSE TO INTRAVENOUS INJECTION OF QUANTUM DOTS

"A pilot study in non-human primates shows no adverse response to intravenous injection of quantum dots". L. Ye, K. -T. Yong, L. Liu, I. Roy, R. Hu, J. Zhu, H. Cai, W. -C. Law, J. Liu, K. Wang, J. Liu, Y. Liu, Y. Hu, X. Zhang, M. T. Swihart, P. N. Prasad. NATURE NANOTECHNOLOGY. In press. 

DOI: 10.1038/nnano.2012.74

Quantum dots have been used in biomedical research for imaging, diagnostics and sensing purposes. However, concerns over the cytotoxicity of their heavy metal constituents and conflicting results from in vitro and small animal toxicity studies have limited their translation towards clinical applications. Here, we show in a pilot study that rhesus macaques injected with phospholipid micelle-encapsulated CdSe/CdS/ZnS quantum dots do not exhibit evidence of toxicity. Blood and biochemical markers remained within normal ranges following treatment, and histology of major organs after 90 days showed no abnormalities. Our results show that acute toxicity of these quantum dots in vivo can be minimal. However, chemical analysis revealed that most of the initial dose of cadmium remained in the liver, spleen and kidneys after 90 days. This means that the breakdown and clearance of quantum dots is quite slow, suggesting that longer-term studies will be required to determine the ultimate fate of these heavy metals and the impact of their persistence in primates.

Los puntos cuánticos se han usado en investigaciones biomédicas con fines imagenológicos, de diagnosis y de detección. Sin embargo, su empleo en aplicaciones clínicas se ha visto limitado por la preocupación por la citotoxicidad de que los metales pesados que los constituyen, así como por algunos resultados controversiales sobre su toxicidad in vitro y en animales pequeños. Aquí se muestra un estudio piloto de macacos rhesus inyectados con puntos cuánticos de CdSe/CdS/ZnS encapsulados en micelas de fosfolípidos, en el que no aparece evidencia alguna de toxicidad. Con el tratamiento, los marcadores bioquímicos y de sangre se mantuvieron en los intervalos normales, y la histología de los órganos mayores no mostraron anormalidades después de 90 días. Los resultados muestran que la toxicidad aguda de estos puntos cuánticos puede ser mínima in vivo. Sin embargo, hay análisis químicos que revelan que después de 90 días la mayor parte de la dosis inicial de cadmio permanece en el hígado, en el bazo y en en los riñones. Esto significa que la ruptura y la evacuación de los puntos cuánticos es muy lenta, y sugiere que se requieren estudios a más largo plazo para determinar el destino final de estos metales pesados y el impacto de su permanencia en los primates.

http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2012.74.html 

HYDROGEN STABILIZATION OF METALLIC VANADIUM DIOXIDE IN SINGLE-CRYSTAL NANOBEAMS

"Hydrogen stabilization of metallic vanadium dioxide in single-crystal nanobeams". J. Wei, H. Ji, W. Guo, A. H. Hevidomskyy, D. Natelson. NATURE NANOTECHNOLOGY. In press. DOI: 10.1038/nnano.2012.70

Vanadium dioxide is a strongly correlated material that undergoes a metal–insulator transition from a high-temperature, rutile metal to a monoclinic insulating state at 67 °C. In recent years, experiments on single-crystal vanadium-dioxide nanowires grown by physical vapour deposition have shed light on the crucial role of strain in the structural and electronic phase diagram of this material, including evidence for a new M2 phase, but the detailed physics of this material is still not fully understood. The transition temperature can be reduced by doping with tungsten, but this process is not reversible. Here, we show that the metal–insulator transition in nanoscale beams of vanadium dioxide can be strongly modified by doping with atomic hydrogen using the catalytic spillover method. We also show that this process is completely reversible, and that the metal–insulator transition eventually vanishes when the doping exceeds a threshold value. Raman and conventional optical microscopy, electron diffraction and transmission electron microscopy provide evidence that the structure of the metallic post-hydrogenation state is similar to that of the rutile state. First-principles electronic structure calculations confirm that a distorted rutile structure is energetically favoured following hydrogenation, and also that such doping favours metallicity from both the Mott and Peierls perspectives. We anticipate that hydrogen doping will be a powerful tool for examining the metal–insulator transition and for engineering the properties of vanadium dioxide.

El dióxido de vanadio es un material fuertemente correlacionado que a altas temperaturas experimenta una transición metal-aislante, de rutilo metálico a un estado aislante monoclínico a 67°C. En los años recientes, experimentos hechos en nanoalambres monocristalinos de dióxido de vanadio, crecidos mediante depósito físico de vapor, han mostrado que la presión desempeña un papel crucial en el diagrama de fase estructural y electrónico de este material, que incluso incluyen evidencia de una nueva fase M2, pero la física detallada de este material hasta el momento no se encuentra completamente entendida. La temperatura de transición puede ser reducida contaminándolo con tungsteno, pero esto proceso no es reversible. Aquí se muestra que la transición metal-aislante, en haces nanométricos de dióxido de vanadio, puede modificarse fuertemente a contaminando con hidrógeno atómico mediante el método de spillover catalítico. También se muestra que este proceso es completamente reversible, y que la transición metal-aislante desaparece eventualmente cuando los contaminantes exceden un valor umbral. La microscopia Raman y la microscopia óptica convencional, la difracción de electrones y la microscopia electrónica de transmisión proporcionan evidencia de que la estructura del estado metálico posthidrogenado es semejante a aquel del estado rutilo. Los cálculos de primeros principios sobre la estructura electrónica confirman que un estructura distorsionada de rutilo es favorecida energéticamente por la hidrogenación, y también que tal contaminación favorece a las propiedades metálicas bajo los esquemas tanto de Mott como de Peierls. Se anticipa que la contaminación con hidrógeno puede ser una herramienta poderosa para examinar la transición metal-aislante y para el diseño de las propiedades del dióxido de vanadio.

http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2012.70.html 

NANOTOMY-BASED PRODUCTION OF TRANSFERABLE AND DISPERSABLE GRAPHENE NANOSTRUCTURES OF CONTROLLED SHAPE AND SIZE

"Nanotomy-based production of transferable and dispersible graphene nanostructures of controlled shape and size". N. Mohanty, D. Moore, Z. Xu, T. S. Sreeprasad, A. Nagaraja, A. A. Rodríguez, V. Berry. NATURE COMMUNICATIONS 3, 844 (2012). DOI: 10.1038/ncomms1834

 Because of the edge states and quantum confinement, the shape and size of graphene nanostructures dictate their electrical, optical, magnetic and chemical properties. The current synthesis methods for graphene nanostructures do not produce large quantities of graphene nanostructures that are easily transferable to different substrates/solvents, do not produce graphene nanostructures of different and controlled shapes, or do not allow control of GN dimensions over a wide range (up to 100 nm). Here we report the production of graphene nanostructures with predetermined shapes (square, rectangle, triangle and ribbon) and controlled dimensions. This is achieved by diamond-edge-induced nanotomy (nanoscale-cutting) of graphite into graphite nanoblocks, which are then exfoliated. Our results show that the edges of the produced graphene nanostructures are straight and relatively smooth with an I_D/I_G of 0.22–0.28 and roughness <1 nm. Further, thin films of GN-ribbons exhibit a bandgap evolution with width reduction (0, 10 and ~35 meV for 50, 25 and 15 nm, respectively).

Debido a los estados de borde y al confinamiento cuántico, la forma y el tamaño de las nanoestructuras de grafeno determinan sus propiedades eléctricas, ópticas, magnéticas y químicas. Los métodos de síntesis actuales para la elaboración de nanoestructuras de grafeno no permiten la producción de grandes cantidades de nanoestructuras de grafeno que se transfieran fácilmente a distintos substratos/disolventes, no producen nanoestructuras de grafeno de formas diferentes y controladas, o no permiten el control de las dimensiones de las nanoestructuras de grafeno (GN) a lo largo de un amplio intervalo (hasta 100 nm). Aquí se reporta la producción de nanoestructuras de grafeno con formas predeterminadas (cuadrados, rectángulos, triángulos y cintas) y dimensiones controladas. Ésto se logra a partir de la nanotomía, inducida por el borde del diamante (cortado en nanoescala), del grafito en nanobloques de grafito, los cuales pueden exfoliarse. Los resultados muestran que los bordes de las nanoestructuras de grafeno así producidas son rectos y relativamente poco rugosos, con una I_D/I_G de 0.22–0.28 y una rugosidad de <1 nm. Es más, películas delgadas de cintas de GN exhiben una evolución de su brecha de energía con una reducción en su anchura (0, 10 y ~35 meV para 50, 25 y 15 nm, respectivamente).

http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n5/full/ncomms1834.html 

SOL-GEL THIN FILMS WITH ANTI-REFLECTIVE AND SELF-CLEANING PROPERTIES

"Sol-gel thin films with anti-reflective and self-cleaning properties". H. E. Camurlu, O. Kesmez, E. Burunkaya, N. Kiraz, Z. Yesil, M. Asilturk, E. Arpac. CHEMICAL PAPERS 66, 461 (2012). 

DOI: 10.2478/s11696-012-0144-4

Self-cleaning photocatalytic TiO2 films are beneficial since they reduce the maintenance cost and
enhance the efficiency of various optical systems, especially thermal and photovoltaic solar systems.
However, the presence of a TiO2 layer on glass reduces the transmission of incident light, which
leads to a decrease in efficiency. This drawback can be overcome by applying a layer of anti-reflective
coating beneath the TiO2 layer. Generally, the anti-reflective layer is porous silica. The presence of
the anti-reflective layer compensates for the loss of light transmittance caused by the photocatalytic
TiO2 top layer. This paper reviews some of the previous and the latest fundamental studies in the
literature on anti-reflective, self-cleaning and multi-functional films.

Las películas fotocatalíticas autolimpiables de TiO2 son benéficas debido a que disminuyen los costos de mantenimiento y aumentan la eficiencia de diversos sistemas ópticos, especialmente los sistemas solares térmicos y fotovoltaicos. Sin embargo, la presencia de una capa de TiO2 sobre el vidrio reduce la transmisión de la luz incidente, lo cual lleva a disminuciones en la eficiencia. Este inconveniente se puede superar aplicando una capa de recubrimiento antirreflejante debajo de la capa de TiO2. Generalmente la capa antirreflejante está hecha de dióxido de silicio poroso. La presencia de la capa antirreflejante compensa la pérdida de la transmitancia de luz causada por la capa fotocatalítica superior de TiO2. Este trabajo hace una revisión de algunos estudios previos y de los estudios fundamentales más recientes en la literatura referente a las películas multifuncionales, antirreflejantes y autolimpiables.

http://www.springerlink.com/content/v0x1456616h34124/ 

LARGE-SCALE PARALLEL ARRAYS OF SILICON NANOWIRES VIA BLOCK COPOLYMER DIRECTED SELF-ASSEMBLY

"Large-scale parallel arrays of silicon nanowires via block copolymer directed self-assembly". R. A. Farrell, N. T. Kinahan, S. Hansel, K. O. Stuen, N. Pektov, M. T. Shaw, L. E. West, V. Djara, R. J. Dunne, O. G. Varona, P. G. Gleeson, S. -J. Jung, H. -Y. Kim, M. M. Kolesnik, T. Lutz, C. P. Murray, J. D. Holmes, P. F. Nealey, G. S. Duesberg, V. Krstic, M. A. Morris.

 Extending the resolution and spatial proximity of lithographic patterning below critical dimensions of 20 nm remains a key challenge with very-large-scale integration, especially if the persistent scaling of silicon electronic devices is sustained. One approach, which relies upon the directed self-assembly of block copolymers by chemical-epitaxy, is capable of achieving high density 1:1 patterning with critical dimensions approaching 5 nm. Herein, we outline an integration-favourable strategy for fabricating high areal density arrays of aligned silicon nanowires by directed self-assembly of a PS-b-PMMA block copolymer nanopatterns with a L₀ (pitch) of 42 nm, on chemically pre-patterned surfaces. Parallel arrays (5 × 10⁶ wires per cm) of uni-directional and isolated silicon nanowires on insulator substrates with critical dimension ranging from 15 to 19 nm were fabricated by using precision plasma etch processes; with each stage monitored by electron microscopy. This step-by-step approach provides detailed information on interfacial oxide formation at the device silicon layer, the polystyrene profile during plasma etching, final critical dimension uniformity and line edge roughness variation nanowire during processing. The resulting silicon-nanowire array devices exhibit Schottky-type behaviour and a clear field-effect. The measured values for resistivity and specific contact resistance were ((2.6 ± 1.2) × 10⁵ Ωcm) and ((240 ± 80) Ωcm²) respectively. These values are typical for intrinsic (un-doped) silicon when contacted by high work function metal albeit counterintuitive as the resistivity of the starting wafer (10 Ωcm) is 4 orders of magnitude lower. In essence, the nanowires are so small and consist of so few atoms, that statistically, at the original doping level each nanowire contains less than a single dopant atom and consequently exhibits the electrical behaviour of the un-doped host material. Moreover this indicates that the processing successfully avoided unintentional doping. Therefore our approach permits tuning of the device steps to contact the nanowires functionality through careful selection of the initial bulk starting material and/or by means of post processing steps e.g. thermal annealing of metal contacts to produce high performance devices. We envision that such a controllable process, combined with the precision patterning of the aligned block copolymer nanopatterns, could prolong the scaling of nanoelectronics and potentially enable the fabrication of dense, parallel arrays of multi-gate field effect transistors.

 La extensión de la resolución y de la proximidad espacial del grabado litográfico por debajo de la dimensión crítica de 20 nm es todavía un reto clave para la integración a muy grande escala, especialmente si se mantiene el escalamiento de los dispositivos electrónicos de silicio. Una estrategia basada en la autoorganización de los copolímeros de bloque por epitaxia química es capaz de alcanzar una alta densidad 1:1 del grabado con dimensiones críticas cercanas a los 5 nm. Aquí se destaca una estrategia para la fabricación de arreglos de alta densidad de nanoalambres de silicio, que es favorable para la integración y que es dirigida por la autoorganización de nanopatrones del copolímero de bloque PS-b-PMMA con una L₀ (pitch) de 42 nm sobre superficies pregrabadas químicamente. Se fabricaron arreglos paralelos (5 × 10⁶ wires per cm) de nanoalambres de silicio aislados y unidireccionales sobre substratos aislantes con una dimensión crítica que va de los 15 a los 19 nm, por medio de procesos de precisión de grabado con plasma; cada paso se revisó usando microscopia electrónica. Esta estrategia paso a paso proporciona información detallada de la formación de óxido interfacial en la capa del dispositivo de silicio, del perfil del poliestireno durante el grabado con plasma, de la uniformidad de la dimensión crítica final y de la rugosidad de las fronteras de los nanoalambres durante el proceso. El arreglo resultante de nanoalambres de silicio exhiben un comportamiento tipo Schottky y un claro efecto de campo. Los valores medidos de resistividad y de resistencia específica de contacto fueron ((2.6 ± 1.2) × 10⁵ Ωcm) y ((240 ± 80) Ωcm²) respectivamente. Estos valores son típicos de silicio intrínseco (no contaminado) cuando está en contacto, debido a la alta función de trabajo del metal, a pesar de no ser algo esperado, ya que la resistividad del wafer inicial (10 Ωcm) es 4 órdenes de magnitud menor. En esencia, los nanoalambres son tan pequeños y consisten tan sólo de algunos átomos, lo hace que estadísticamente, al nivel original de contaminación, cada nanoalambre contenga menos de un sólo átomo contaminante, y en consecuencia se presenta un comportamiento propio del material de soporte sin contaminar. Es más, esto indica que el proceso evita exitósamente la contaminación no intencional. Así que esta estrategia permite controlar los pasos de fabricación del dispositivo para otorgar a los nanoalambres alguna funcionalidad a partir de la selección cuidadosa del material inicial en bulto y/o por medio de pasos posteriores a la síntesis e.g. por medio

de un tratamiento térmico de los contactos metálicos para producir dispositivos de alto desempeño. Se prevé que un proceso controlable como éste, en combinación con el grabado de precisión debido a los nanopatrones alineados de copolímeros de bloque, pueda mantener el escalamiento de los componentes nanoelectrónicos, y que potencialmente permita la fabricación de arreglos densos y paralelos de transistores multicompuerta de efecto de campo.

 

http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2012/NR/c2nr00018k

OPTICAL PROPERTIES OF HIGH REFRACTIVE INDEX THIN FILMS PROCESSED AT LOW-TEMPERATURE

"Optical properties of high refractive index thin films processed at low-temperature". M. Oubaha, S. Elmaghrum, R. Copperwhite, B. Corcoran, C. McDonagh, A. Gorin. OPTICAL MATERIALS 34, 1366 (2012). DOI: 10.1016/j.optmat.2012.02.023

This study reports on the first development of high refractive index thin film materials processed at temperatures not greater than 100 °C. Three materials were synthesised by the sol–gel technique, each employing different transition metal precursors (niobium, tantalum and vanadium alkoxides). The optical properties of these materials were characterised by ellipsometry and the propagation losses at 638 nm were measured by the prism coupling method. It is shown that refractive indices as high as 1.870, 2.039 and 2.308 are obtained from niobium-, tantalum- and vanadium-based materials respectively, attributed to the influence of the transition metal atomic size on the condensation reactions.

Este estudio reporta el primer desarrollo de materiales en forma de películas delgadas con alto índice de refracción que son procesadas a temperaturas inferiores a los 100 °C. Tres materiales se sintetizaron por la técnica sol-gel, en cada uno se empleó un precursor de metales de transición distinto (alcóxidos de niobio, tantalo y vanadio). Las propiedades ópticas de estos materiales se caracterizaron por elipsometría y las pérdidas de propagación a 638 nm fueron medidas por el método de prisma acoplado. Se muestra que se obtienen índices de refracción tan altos como 1.870, 2.039 y 2.308 en materiales basados en niobio, tantalo y vanadio respectivamente, tales valores se atribuyen a la influencia que ejerce el tamaño atómico de los metales de transición sobre las reacciones de condensación.

http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2012.02.023 

CITRATE SYNTHESIS OF GOLD NANOPARTICLES

 

The University of Wisconsin-Madison Materials Research Science and Engineering Center (UW MRSEC) Interdisciplinary Education Group uses examples of nanotechnology and advanced materials to explore fundamental science and engineering concepts at the college level and to share the "wow" and potential of these fields with public audiences.[http://www.mrsec.wisc.edu/Edetc/index.php]. For example, the next link opens a window where it is shown, making use of very illustrative videos, one way to synthesize gold nanoparticles in the lab. 

http://www.mrsec.wisc.edu/Edetc/nanolab/gold/index.html 

El Grupo de Educación Interdisciplinaria del Centro de Investigación de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Wisconsisn-Madison (UW MRSEC) utiliza ejemplos de nanotecnología y de materiales avanzados para explorar conceptos fundamentales de ciencia e ingeniería, a nivel universitario y para compartir el "wow" y el potencial de estos campos con el público en general. [http://www.mrsec.wisc.edu/Edetc/index.php]. Por ejemplo, el siguiente enlace abre una ventana donde se muestra, haciendo uso de videos muy ilustrativos, una manera de sintetizar nanopartículas de oro en el laboratorio.

http://www.mrsec.wisc.edu/Edetc/nanolab/gold/index.html

HYBRID GRAPHENE-QUANTUM DOT PHOTOTRANSISTORS WITH ULTRAHIGH GAIN

"Hybrid graphene–quantum dot phototransistors with ultrahigh gain". G. Konstantatos, M. Badioli, L. Gaudreau, J. Osmond, M. Bernechea, F. P. García de Arquer. NATURE NANOTECHNOLOGY. In press. DOI: 10.1038/nnano.2012.60

Graphene is an attractive material for optoelectronics and photodetection applications because it offers a broad spectral bandwidth and fast response times. However, weak light absorption and the absence of a gain mechanism that can generate multiple charge carriers from one incident photon have limited the responsivity of graphene-based photodetectors to ~10⁻² A W⁻¹. Here, we demonstrate a gain of ~10⁸ electrons per photon and a responsivity of ~10⁷ A W⁻¹ in a hybrid photodetector that consists of monolayer or bilayer graphene covered with a thin film of colloidal quantum dots. Strong and tunable light absorption in the quantum-dot layer creates electric charges that are transferred to the graphene, where they recirculate many times due to the high charge mobility of graphene and long trapped-charge lifetimes in the quantum-dot layer. The device, with a specific detectivity of 7 × 10¹³ Jones, benefits from gate-tunable sensitivity and speed, spectral selectivity from the short-wavelength infrared to the visible, and compatibility with current circuit technologies.

El grafeno es un material atractivo para aplicaciones optoelectrónicas y de fotodetección, debido a que ofrece un amplio ancho de banda espectral y tiempos rápidos de respuesta. Sin embargo, la absorción de luz débil y la ausencia de un mecanismo de ganancia que pueda generar múltiples portadores de carga a partir de un fotón incidente, ha limitado la respuesta de los fotodetectores basados en grafeno a ~10⁻² A W⁻¹. Aquí se demuestra una ganancia de ~10⁸ electrones por fotón y una respuesta de ~10⁷ A W⁻¹ en un fotodetector híbrido que consiste de una monocapa o una bicapa de grafeno cubierta con una película delgada de puntos cuánticos coloidales. La fuerte y sintonizable absorción de luz en la capa de puntos cuánticos genera portadores de carga eléctrica que se transfieren al grafeno, donde ellos recirculan muchas veces debido a la alta movilidad de las cargas en el grafeno y a los largos tiempos de vida media de las cargas atrapadas en la capa de puntos cuánticos. El dispositivo, con una capacidad de detección específica de 7 × 10¹³ Jones, se ve beneficiado por una sensibilidad y una rapidez de la compuerta sintonizables, por una selectividad espectral desde las longitudes de onda cortas en el infrarrojo hasta el visible, y por una compatibilidad con las actuales tecnologías de los circuitos.

http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2012.60.html 

XVII INTERNATIONAL SOL-GEL CONFERENCE MADRID 2013

http://www.solgel2013madrid.com/

THERMAL ACTIVATION OF POLYETHYLENE@SILICA PARTICLES: TOWARDS CERAMIC SURFACTANTS

"Toward activation of polyethylene@silica particles: towards ceramic surfactants". H. Naor, H. Elimelech, D. Avnir. JOURNAL OF SOL-GEL SCIENCE AND TECHNOLOGY. In press. 

DOI: 10.1007/s10971-012-2702-1

The fabrication of “switch-on” amphiphilic submicrometer hybrid particles of cross-linked polyethylene (XPE)@silica is described. The synthesis of the particles is based on the simultaneous cross-linking of PE and the polycondensation of tetraethoxysilane in hot, surfactant-stabilized O/W micelles. Thermal activation of the particles results in particles with amphiphilic behavior. It is proposed that the thermal activation triggers partial phase-separation which pushes some of the PE chain to the surface, in a heterogeneous way. By this, on each particle two halves can be identified which differ in their degree of hydrophobicity (“Janus” structure), thus giving rise to the surfactant activity. The particles were intensively characterized before and after the thermal activation and their amphiphilic behavior was demonstrated. By the approach described in the paper it is in principle possible to design a library of functionalities out of a single surface active agent species. This was demonstrated by the thermal activation of functionalized composite particles of dyes@XPE@silica and of the triple hybrid Ag@XPE@silica. Full material characterization is provided, including SEM, TGA, surface area analysis, antibacterial tests and zeta potential measurements. 

Se describe la fabricación de partículas híbridas submicrométricas amfifílicas "activas" de polietilenglicol con enlaces entrecruzados (XPE)@dióxido de silicio. La síntesis de las partículas se basa en la ocurrencia simultánea de la formación de enlaces entrecruzados de PE y de la policondensación de tetraetoxisilano en micelas O/W (aceite/agua) calientes estabilizadas con tensoactivos. La activación térmica de las partículas da lugar a partículas con un comportamiento amfifílico. Se propone que la activación térmica desencadena una separación de fase parcial que lleva, de manera heterogénea, a algunas de las cadenas de PE hacia la superficie. Debido a esto, en cada partícula se pueden distinguir dos mitades, que difieren entre sí por su grado de hidrofobicidad (estructura de "Janus"), permitiendo la acción de los tensoactivos. Las partículas fueron caracterizadas con cuidado antes y después de la activación térmica, y se demostró su comportamiento amfifílico. Debido al enfoque usado en este trabajo, en principio es posible diseñar toda una biblioteca de funcionalidades que van más allá de una simple superficie con especies de agentes activos. Esto se demostró por medio de la activación térmica de partículas compuestas funcionalizadas de colorantes@XPE@dióxido de silicio y de la tres veces híbrida Ag@XPE@dióxido de silicio. Se muestra la caracterización completa del material, incluyendo SEM, TGA, análisis de área superficial, estudios antibacterianos y mediciones de potencial zeta.

http://www.springerlink.com/content/22602505710l7456/

SOL-GEL DERIVED DYE-BRIDGED HYBRID MATERIALS FOR WHITE LUMINESCENCE

 

"Sol-gel derived dye-bridged hybrid materials for white luminescence". S. -Y. Kwak, S. C. Yang, N. R. Kim, J. H. Kim, B. -S. Bae. JOURNAL OF SOL-GEL SCIENCE AND TECHNOLOGY. In press.

 DOI: 10.1007/s10971-012-2676-z

Novel yellow and blue emissive dyes have been synthesized using 2,5-diamino-3,6-dicyanopyrazine and various alkoxysilanes and they are covalently bridged to cycloaliphatic epoxy functional oligosiloxane via non-hydrolytic sol–gel reaction. Dye-bridged hybrid materials (DBH) are fabricated by thermal curing the dye-bridged oligosiloxane. Structure and formation of dyes and siloxane network is studied using analysis method. Four components of red, yellow, green and blue emitting DBH cover entire visible range and white luminescence with high color rendering index is realized by controlling their combinations. We have ensured superior thermal stability DBH at 120 °C for 200 h caused by covalently bridged structure and robust siloxane matrix. 

 Se han sintetizado nuevos colorantes, que emiten en el amarillo y en el azul, a partir del uso de 2,5-diamino-3,6-dicianopiracina y de varios alcoxisilanos, los cuales fueron ligados covalentemente a oligosiloxano funcionalizado con epoxi cicloalifático, mediante una reacción sol-gel no hidrolítica. Los materiales híbridos con los colorantes ligados (DBH) se fabricaron por medio del calentamiento de los oligosiloxanos ligados a los colorantes. La estructura y la formación de los colorantes y de la red de siloxanos se estudió mediante un método de análisis. Cuatro componentes de emisión del DBH en el rojo, amarillo, verde y azul cubren por completo el intervalo visible y se obtiene luminiscencia blanca con un alto índice de superposición de los colores cuando se controlan sus combinaciones. Se asegura una alta estabilidad térmica del DBH, debido a un tratamiento de 120°C por 200 horas que provoca la formación de enlaces covalentes en la estructura y con ello una matriz robusta de siloxanos.

http://www.springerlink.com/content/l7306035833r0434/