Nanopartículas magnéticas de metales nobles.

El objeto de la presente invención está constituido por nanopartículas de metales nobles,

con una microestructura controlada que conduce a la aparición de un comportamiento ferromagnético en las mismas lo que permite disponer de imanes de dimensiones muy pequeñas (< 5 nm) en un rango en el que los metales ferromagnéticos convencionales se comportan como superparamagnéticos (desaparición del ciclo de histéresis). Una posible aplicación es la reducción de las dimensiones en registros magnéticos y también en biomedicina, como herramientas para reconocimiento de biomoléculas, en imagen por resonancia magnética nuclear, control de liberación de fármacos ó tratamientos por hipertermia.

Nanopartículas magnéticas de metales nobles SECTOR DE LA TÉCNICA

El objetivo de la presente invención se enmarca dentro de las aplicaciones de la Nanotecnología. Se dan a conocer imanes de dimensiones muy pequeñas (<5 nm) en un intervalo en el que los metales ferromagnéticos convencionales se comportan como superparamagnéticos (desaparición del ciclo de histéresis) . En primer lugar se propone la reducción de las dimensiones en los registros magnéticos utilizando las nanopartículas desarrolladas. Igualmente se proponen aplicaciones en biomedicina, como herramientas para el reconocimiento de biomoléculas, en imagen por resonancia magnética nuclear, control de liberación de fármacos o tratamientos de hipertermia.

OBJETIVO DE LA INVENCIÓN [0003] El objetivo de la presente invención consiste en nanopartículas de metales nobles seleccionados entre Au, Pd, Pt y Ag con una microestructura controlada que conduce a la aparición de un comportamiento ferromagnético en las misma. [0004] Constituye igualmente un objetivo de la presente invención un procedimiento de preparación de dichas nanopartículas.

ESTADO DE LA TÉCNICA

La aparición de ferromagnetismo en metales nobles que no cumplen la condición de Stoner (N.Takano, T.Kai, K.Shiiki, F.Terasaki, Solid State Común. 97 (1996) 153) , es un fenómeno que se ha descrito hasta ahora en el caso de nanopartículas de paladio y que se ha atribuido a fenómenos de confinamiento por pequeño tamaño, anisotropía superficial debida a la alta relación superficie/volumen en una nanopartícula y/o la anisotropía introducida en los bordes de maclas en nanopartículas macladas (B.Sampedro, P.Crespo, 30 A.Hernando, R.Litrán, J.C.Sánchez-López, C.López-Cartes, A.Fernández, J.Ramírez, J.González-Calbet, M.Vallet, Phys.Rev.Let. 91 (2003) 237203-1; T. Shinohara, T.Sato, T.Taniyama, Phys.Rev.Let. 91 (2003) 197201; T.Taniyama, E.Ohta, T.Sato, Phys. B 237 (1997) 286; E.Huger, K.Osuch, Europhys.Let. 63 (2003) 90; V.Kumar, Y.Kawazoe, Phys.Rev.B 66 (2002) 144413) . En estos trabajos los tamaños de las nanopartículas descritas están en el intervalo de 2-15 nm. Algunos trabajos previos también apuntan a la posible existencia de ferromagnetismo en Au (H.Hori, T.Teranishi, M.Taki, S.Yamada, M.Miyake, Y.Yamamoto, J.Mag.Mag.Mat. 226 (2001) 1910) aunque no se han descrito ciclos de histéresis. Se han descrito también nanopartículas de Au/Fe constituidas por un núcleo de hierro y una corteza de oro, funcionalizadas con tioles o protegidas por surfactantes (B. Ravel, E. E. Carpenter, V. G. Harris, J. of Appl. Phys. 91 (2002) 8195) . El comportamiento magnético del núcleo de hierro da lugar a la aparición de superparamagnetismo en estas nanopartículas, y a la proposición de posibles aplicaciones en biomedicina (W003072830, EP1339075, W003057175) . Igualmente, se han descrito nanopartículas de oro funcionalizadas con radicales orgánicos que confieren a las partículas un comportamiento magnético (EP1211698) . Para nanopartículas de metales y óxidos típicamente magnéticos como son los metales Fe, Co, Ni y sus óxidos magnéticos, se han descrito numerosos trabajos y patentes (F. del Monte, M.P.Morales, D.Levy, A. Fernández,

M. Ocaña, A. Roig, E. Molins, K. O'Grady, C. J. Serna, Langmuir 13 (1997) 3627, D. Sunil, H. 20 D. Gafney, M. H. Rafailovich, J. Non-Cr y st. Solids (2003) 319, S. Okamoto, O. Kitakani, N. Kkuchi, Phys. Rev. B 67 (2003) , M. Guzman, J. L. Delplancke, G. J. Long, J. Appl. Phys. 92 (2002) 2634, Y. D. Yao, Y. Y. Chen, S. F. Lee, J. Magn. Magn. Mater. 239 (2002) 249, JP2003132519) . Sin embargo, en los materiales ferromagnéticos convencionales para tamaños de partícula del orden de 5 nm o inferiores, el comportamiento ferromagnético desaparece, lo cual elimina la aparición del ciclo de histéresis y la coercitividad. Esto limita actualmente la posibilidad de aumentar la densidad de información en el registro magnético (J.L.Dormann, Revue Phys. Appl. 16 (1981) 275) . [0006] La preparación de nanopartículas metálicas protegidas por funcionalización (C. M. Shen, Y. K. Su, H. T. Yang, T.Z. Yang, H. J. Gao, Chem. Phys. Left. 373 (2003) 39, S. Chen, K. Huang, J. A Stearns, Chem. Mater. 12 (2000) 540) o utilizando un surfactante (G. Schmid, B. Morun, J. O. Malm, Angew. Chem. 101 (1989) 772, J. S. Bradley, J. M. Millar, E. W. Hill, J. Am. Chem. Soco 113, (1991) 4016, H. Bonnemann, W. Brijoux, R. Brikmann,

E. Dinjus, T. Joussen, B. Korall, Angew. Chem. 103 (1991) 1344, K. R. Brown, M. J. Natan, Langmuir 14 (1998) 726, Z. S. Pilla, P. V. Kamat, J. Phys. Chem. B 108 (2004) 945, ) son procesos ampliamente descritos. En particular, la preparación de nanopartículas de oro por reducción de una sal metálica con borohidruro y funcionalizadas con derivados de tipo tiol es un método bien establecido (M.Brust, M.Walker, D.Bethell, D.Schiffrin, R.Whyman, J.Chem.Soc., Chem.Commun. (1994) 801; Patente W00232404) . Asimismo la estabilización de nanopartículas de paladio con sales de amonio cuaternario también ha sido descrita (M. T. Reetz, M. Maase, Adv. Mater. 11 (1999) 773, M. Reetz, W. Helbig, S. A. Quaiser, U. Stimming, N. Breuer, R. Vogel, Science 20 (1995) , 367) . [0007] La preparación y caracterización de nanopartículas de oro quimioadsorbidas por radicales π tioles se ha descrito previamente (Harada et al., Chem Lett. (2002) 31) . [0008] En la presente invención se han adaptado los métodos descritos de preparación de nanopartículas de Au y Pd funcionalizadas con tioles para preparar partículas de tamaño muy pequeño (< 5 nm de diámetro) . En particular se controla la obtención de núcleos metálicos rodeados o embebidos en fases modificadas por enlace covalente metal-azufre. Se ha encontrado un comportamiento magnético para estas nanopartículas que llega en algunos casos hasta temperatura ambiente con magnetizaciones del orden de 1 Am2kg-1 (1 emu por gramo) de metal.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención da a conocer una nanopartícula magnética tal como se define en las reivindicaciones. [0010] El tamaño de las nanopartículas se encuentra preferiblemente entre 1, 0 y 2, 0 nm, de manera más preferente entre 1, 2 y 1, 4 nm. [0011] El metal noble del núcleo es Au, Pd, Pt, Ag. Cuando el núcleo está formado por Au o Pd, la corteza anisotrópica contiene compuestos Au-S/Pd-S y compuestos Au-S-R/Pd-S-R en proporciones entre 1/1000 y 1000/1 (Au-S/Au-S-R o Pd-S/Pd-S-R) . [0012] R es una cadena alifática unida a su vez a otras moléculas, en particular proteínas u otras biomoléculas. [0013] Las nanopartículas magnéticas de la presente invención pueden mostrar un comportamiento ferromagnético o un comportamiento ferromagnético con un campo coercitivo bajo. [0014] Constituye igualmente un objeto de la presente invención un procedimiento tal como se define en las reivindicaciones de preparación de dichas nanopartículas magnéticas que comprende la reacción de un precursor del metal noble no ferromagnético con un derivado de tioles de fórmula general HS-R en exceso estequiométrico y en presencia de un agente reductor. Cuando el metal noble no magnético es oro el precursor se prepara mediante reacción de ácido tetracloroáurico con cualquier sal de amonio cuaternario en exceso estequiométrico. Cuando el metal noble no magnético es paladio el precursor se prepara mediante reacción de una sal cualquiera de paladio, en particular nitrato, sulfato o cloruro con cualquier sal de amonio cuaternario en exceso estequiométrico. [0015] Por último, constituye igualmente un objeto de la presente invención la utilización de dichas nanopartículas magnéticas tal como se define en las reivindicaciones.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1: Micrografías obtenidas mediante microscopía electrónica de transmisión de: a) nanopartículas de oro funcionalizadas con dodecanotiol, b) nanopartículas de paladio funcionalizadas con dodecanotiol.

Figura 2: Diagrama de la microestructura de una nanopartícula de 1, 4 nm de diámetro funcionalizada con dodecanotiol. La nanopartícula metálica está formada por una estructura núcleo-corteza.

Figura 3: Espectros XANES para una lámina de oro convencional (lámina de oro) y para una muestra de nanopartículas de oro funcionalizadas con tioles (Au-SR) .

Figura 4: Transformadas de Fourier de las oscilaciones EXAFS para una lámina de oro convencional (lámina de oro) y para una muestra de nanopartículas de oro funcionalizadas con tioles (Au-SR) .

Figura 5: Transformadas de Fourier de las oscilaciones EXAFS para una lámina de paladio convencional (lámina de paladio) y para una muestra de nanopartículas de paladio funcionalizadas con tioles (Pd-SR) .

Figura 6. Ciclo de histéresis para: a) nanopartículas de oro funcionalizadas... [Seguir leyendo]

1. Nanopartícula magnética de un metal noble seleccionado entre Au, Pd, Pt y Ag, teniendo la nanopartícula un tamaño inferior a 5 nm, que comprende:

a) un núcleo formado por dicho metal noble; y

b) una corteza anisotrópica formada por compuestos que contienen al menos un enlace covalente metal-azufre,

caracterizada porque la nanopartícula muestra un comportamiento ferromagnético. 10

2. Nanopartículas, según la reivindicación 1, caracterizadas porque el tamaño de las nanopartículas se encuentra entre 0, 1 y 2, 0 nm, preferiblemente entre 1, 2 y 1, 4 nm.

3. Nanopartícula, según las reivindicaciones 1-2, caracterizada porque cuando el núcleo está formado por Au la

corteza anisotrópica contiene compuestos Au-S y compuestos Au-S-R en proporciones entre 1/1000 y 1000/1 (AuS/Au-S-R) .

4. Nanopartícula, según las reivindicaciones 1-2, caracterizada porque cuando el núcleo está formado por Pd la corteza anisotrópica contiene compuestos Pd-S y compuestos Pd-S-R en proporciones entre 1/1000 y 1000/1 20 (Pd-S/ Pd-S-R) .

5. Nanopartícula, según las reivindicaciones 3 ó 4, caracterizada porque R es una cadena alifática ó bien una cadena alifática unida a su vez a otras moléculas, en particular proteínas u otras biomoléculas, siendo R a su vez capaz de contener un marcador, un grupo fluorescente ó un isótopo radiactivo.

6. Nanopartículas, según la reivindicación 1, caracterizadas porque las nanopartículas muestran un comportamiento ferromagnético con un campo coercitivo bajo.

7. Procedimiento de preparación de nanopartículas, según las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque dicho

procedimiento comprende la reacción de un precursor del metal noble no magnético con un derivado de tioles de fórmula general HS-R en exceso estequiométrico y en presencia de un agente reductor.

8. Procedimiento de preparación de nanopartículas, según la reivindicación 7, caracterizado porque cuando el

metal noble no magnético es oro el precursor se prepara mediante la reacción de ácido tetracloroáurico con 35 cualquier sal de amonio cuaternario en exceso estequiométrico.

9. Procedimiento de preparación de nanopartículas, según la reivindicación 7, caracterizado porque cuando el metal noble no magnético es paladio el precursor se prepara mediante la reacción de una sal cualquiera de paladio, en particular nitrato, sulfato o cloruro, con cualquier sal de amonio cuaternario en exceso estequiométrico.

10. Utilización de nanopartículas, según las reivindicaciones 1-6, para aumentar la densidad de información en un registro magnético.

11. Utilización de nanopartículas, según las reivindicaciones 1-6, en un dispositivo para la liberación controlada de fármacos.

12. Nanopartículas, según las reivindicaciones 1-6, para utilizar en un método de tratamiento de la hipertermia.

13. Nanopartículas, según las reivindicaciones 1-6, para utilizar en un método de mejora de la imagen en resonancia magnética nuclear.

14. Utilización de nanopartículas, según las reivindicaciones 1-6, como biosensores. 55 15. Utilización de nanopartículas, según las reivindicaciones 1-6, en impresión magnética.

16. Utilización de nanopartículas, según las reivindicaciones 1-6, en aplicaciones magneto-ópticas.

17. Utilización de nanopartículas, según las reivindicaciones 1-6, en aplicaciones de codificación. 60

18. Sistema que contiene una población de una o más de las nanopartículas según las reivindicaciones 1 a 6.

19. Sistema, según la reivindicación 18, que contiene una pluralidad de nanopartículas que contienen diferentes

grupos funcionales. 65