Tras la pista de nuevos materiales 'Estímulo-Respuesta' para la fabricación de sensores

Los investigadores Khaled Hassanein, Pilar Amo Ochoa, Salomé Delgado y Félix Zamora, pertenecientes al grupo de investigación “nanomaterlab” (www.nanomater.es) del departamento de Química Inorgánica de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y al Centro de Física de la Materia Condensada (IFIMAC), junto a Pilar Ocón (departamento de Química Física Aplicada de la UAM), Josefina Perles (Servicio de Investigación Interdepartamental de la UAM), José I. Martínez (Instituto de Ciencia de Materiales -CSIC-), en colaboración con Carlos J. Gómez García (Instituto de Ciencia Molecular de la Universidad de Valencia) y Oscar Castillo, (departamento de Química Inorgánica de la Universidad del País Vasco); trabajan en la fabricación de materiales con respuesta al entorno denominados “Materiales Estímulo-Respuesta” o “Materiales Dinámicos”.

Los “Materiales Estímulo-Respuesta” son capaces de responder a señales externas como la luz, la temperatura o la presencia de gases, mediante cambios en sus propiedades, mostrando, por ejemplo, cambios en su color, magnetismo o conductividad eléctrica, entre otras posibilidades. Estos materiales son potencialmente interesantes en la fabricación de adhesivos y sensores, en la liberación de fármacos, en la ingeniería de tejidos, etc.

Los “Polímeros de Coordinación (CPs)”, formados principalmente por metales y ligandos orgánicos, pertenecen a este grupo de “Materiales Dinámicos”. Su enorme variedad y sus fascinantes propiedades (eléctricas, ópticas, magnéticas, etc.) los hacen tecnológicamente relevantes y su estudio se ha incrementado mucho en los últimos años.

Sensores eficientes y más baratos

En este trabajo, los autores muestran la síntesis, la caracterización y el estudio de la respuesta eléctrica frente a gases, de una serie de nuevos polímeros de coordinación: “monodimensionales de cobre (I)”.

La fórmula de estos polímeros es [CuX(ANP)]_n donde ANP es el ligando orgánico 2-amino-nitropiridina y X = el halógeno Cl, Br o I (figura 1, a).

Estos polímeros forman cadenas capaces de actuar como un muelle frente a diversos estímulos, lo que provoca una respuesta en su comportamiento eléctrico (figura 1, b). Es decir, la presencia de determinados tipos de gases modifica, de forma reversible, la conductividad eléctrica de estos materiales, al modificar levemente su estructura (alargamiento o acortamiento) (figura 1).

Aprovechando esta característica, se ha estudiado su posible aplicación como sensores para determinar la presencia de compuestos orgánicos volátiles que presentan toxicidad, ensayándose frente al “dietil ether”, el “dimetil metilfosfonato”, el “diclorometano”, el “ácido acético”, el “etanol” o el “metanol”.

Los investigadores han encontrado que aquellos disolventes (o compuestos orgánicos volátiles) que pueden formar enlaces de hidrógeno (como el etanol, metanol o el ácido acético), interaccionan con los compuestos produciendo un aumento en la conductividad eléctrica del polímero en cuestión.

La síntesis de estos compuestos implica la reacción directa entre las sales de cobre con el ligando orgánico en condiciones que van desde 160 ºC y varios días de reacción, a reacciones en una hora a temperatura ambiente.

Es importante remarcar que dentro de la fabricación de materiales “Estímulo-Respuesta” basados en polímeros de coordinación, el uso de metales nobles como el “platino” o la “plata” es bastante habitual, por lo que la utilización de cobre como ion metálico aporta interés desde el punto de vista económico, al ser un metal más abundante y menos caro que los metales nobles anteriormente mencionados.

Esta investigación ha sido publicada recientemente y en profundidad en “Inorganic Chemistry”. Esta revista científica tiene carácter internacional y pertenece a la Sociedad Americana de Química, con un índice de impacto en el 2014 de 4.762, lo que implica que durante ese mismo año ha sido citada más de 93.000 veces en diferentes fuentes.

Este trabajo ha podido ser realizado gracias al soporte financiero por parte del Ministerio de Economía y Competitividad (MINECCO) en los proyectos de investigación que recientemente nos han sido concedidos (MAT2013-641 46753-C2-1-P, MAT2013-46502-C2-1/2-P, and CTQ2011- 642 26507), así como a la Eusko Jaurlaritza (S-PE13UN016) y a la Generalitat Valenciana (PrometeoII/2014/076).

Además, agradecemos su tiempo al centro de computación científica de la Universidad Autónoma de Madrid.

________________________

Referencia bibliográfica:

K. Hassanein,P. Amo-Ochoa,C. J. Gómez-García,S. Delgado,O. Castillo,P. Ocón, J. I. Martínez, J. Perlesand F. Zamora. “Halo and Pseudohalo Cu(I)-Pyridinato Double Chains with Tunable Physical Properties”. Inorganic Chemistry. DOI: 10.1021/acs.inorgchem.5b01754

Imagen: Polímero de coordinación de Cu(I) (a). Las cadenas pueden elongarse o encogerse como en un muelle, en presencia de estímulos externos (gases) (a), modificando sus propiedades eléctricas (b).