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El premio Nobel de física de 1963, Richard Feynman, dio una conferencia, en 1959, en la que mencionó la posibilidad de almacenar los 24 tomos de la Enciclopedia Británica en la cabeza de un alfiler, de crear micromáquinas capaces de viajar a través del cuerpo humano, de manipular, átomo por átomo, la síntesis de materiales de nueva creación, y algunas otras ideas que en aquel tiempo eran difíciles de concebir.¹

Hoy en día, el desarrollo tecnológico de nuevos materiales ha hecho tangibles algunas de las premisas de Feynman. Ejemplos de esto son los discos duros de la reciente generación de computadoras, capaces de almacenar una gran cantidad de información en películas magnéticas delgadas; los instrumentos médicos de diagnóstico que, en la actualidad, son más compactos y rápidos; las técnicas de enfriamiento, así como las de manipulación por láser que hacen más preciso el confinamiento de átomos y moléculas. Todo esto forma parte de lo que hoy se conoce como nanotecnología, universo en el que se utilizan las propiedades físicas de los materiales en escala de nanómetros.

Una nanopartícula tiene el tamaño de algunos nanómetros (1-50 nm), y sus propiedades tanto físicas como químicas son diferentes a las que presenta el material en la escala de los centímetros. Existen diferentes tipos de nanopartículas, en las cuales es posible distinguir el carácter organizacional de la materia:

» Semiconductoras. Las partículas semiconductoras se fabrican a partir de la combinación de un precursor metálico con elementos pertenecientes a la familia del oxígeno. En general, como en el caso de los semiconductores comunes, las nanopartículas se forman de la mezcla de los elementos de la tabla periódica del grupo III con el grupo V, por ejemplo: fosfuro y arsenuro de indio; o de la composición de los grupos IV y VI, como son el selenuro, teluro y sulfuro de plomo.

Una propiedad interesante de las nanopartículas semiconductoras es la fotoluminiscencia, capaz de absorber luz (fotones) para después emitirla en una longitud de onda diferente. Esta propiedad se obtiene cuando las nanopartículas son expuestas a la luz ultravioleta. La intensidad y el cambio en la longitud de onda de la luz irradiada sobre la partícula dan como resultado los espectros de absorción y emisión que constituyen una manifestación directa de los niveles de energía en los cuales los electrones se encuentran atrapados. Entre más pequeñas sean las nanopartículas, se necesitará una energía más alta para que una transición electrónica se lleve a cabo (absorción). El regreso del electrón a su orbital producirá la emisión de un fotón con energía dentro del intervalo de luz visible, por lo que las soluciones irradiadas presentan diferentes colores muy intensos, lo que las hace útiles en el marcaje y detección biológica. Así, las nanopartículas de sulfuro de cadmio emiten en azul cuando son cercanas a dos nanómetros, y en naranja cuando son mayores a 5 nm (figura 1). Al poseer diferentes colores de emisión las nanopartículas pueden ser utilizadas para obtener imágenes con distintas biomoléculas marcadas en un solo experimento (figura 2).

» Metálicas. En el caso de las nanopartículas metálicas su principal característica es que contienen un número determinado de electrones libres confinados en un espacio muy pequeño. Esto les da propiedades como la resonancia plasmónica, que es la propiedad de interactuar específicamente con la luz, la cual se puede ver claramente en el caso del oro, donde soluciones de distintos tamaños de nanopartículas presentan colores que van des de el púrpura hasta el marrón. Este cambio de color es resultado de la oscilación colectiva de los electrones al interactuar con la luz. Otro ejemplo es el cobre, un metal blando con una buena maleabilidad; esta propiedad se pierde en las nanopartículas de tamaño menor a 50 nm, las cuales presentan dureza extrema.²

» Otras. Existen otros tipos de nanopartículas con diversos usos como las magnéticas –empleadas en el mejoramiento de imágenes en el diagnóstico médico– y las dieléctricas, las cuales han sido propuestas como modelos para su uso en la computación cuántica, porque pueden ser selectivamente excitadas por medio de pulsos ópticos.

La calidad de la superficie de las nanopartículas es un factor muy importante para mantener las propiedades físico-químicas de un material; por ejemplo, las nanopartículas con propiedades fotoluminiscentes están formadas por un núcleo y una capa externa protectora contra posibles reacciones con el medio, evitando así la pérdida de electrones que pueden participar en la fotoluminiscencia.