01/06/2011 - Desarrollan nanodispositivos económicos y de producción rápida

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Una técnica diseñada por ingenieros de la Vanderbilt University permitirá el desarrollo de una nueva generación de nanodispositivos de bajo coste. Para su fabricación, se emplean nanomateriales porosos, con amplias ventajas por sus propiedades ópticas, eléctricas, químicas y mecánicas. Estos dispositivos tendrán una amplia gama de aplicaciones, incluyendo la administración de fármacos, sensores químicos y biológicos, células solares y electrodos para baterías, entre otros. Por Pablo Javier Piacente.

Un grupo de ingenieros de la Vanderbilt University de Estados Unidos ha logrado desarrollar una nueva clase de nanodispositivos de bajo coste, que debido a sus características y propiedades pueden aplicarse en terrenos tan dispares como la industria farmacéutica o la energía solar. La mayor innovación que presentan es el aprovechamiento de nanomateriales porosos, que ofrecen importantes ventajas.

En su fabricación, se emplea una técnica relativamente sencilla para estampar patrones invisibles para el ojo humano en nanomateriales porosos, ofreciendo una nueva forma de producción de nanodispositivos baratos y máxima eficiencia. La nueva técnica ha sido presentada en una nota de prensa emitida por la Vanderbilt University, y en un artículo del medio especializado Nano Letters.

Este nuevo método se desarrolla con materiales repletos de pequeños huecos, que solamente pueden apreciarse mediante un microscopio especial. Estos nanomateriales porosos presentan estructuras rígidas y esponjosas al mismo tiempo, y sus propiedades han sido ampliamente investigadas por los científicos en los últimos años.

Existen nanomateriales porosos de oro, silicio, aluminio y óxido de titanio, entre otros. Hasta el momento, un obstáculo importante para el uso de estos materiales había sido la complejidad y el coste de los procesos necesarios para convertirlos en dispositivos. Sin embargo, el trabajo de los ingenieros de Vanderbilt ha permitido superar este inconveniente.

Simplificación de los procesos

La nueva técnica, desarrollada por el equipo de ingenieros y especialistas, que ha sido dirigido por Sharon M. Weiss, profesor de ingeniería eléctrica de la Vanderbilt University, permite un rápido y económico proceso de estampado de los agregados necesarios sobre los nanomateriales porosos. Gracias a esta técnica, pueden obtenerse una amplia variedad de nanodispositivos.

Las estrategias tradicionales utilizadas para la fabricación de dispositivos con nanomateriales porosos se basan en el proceso utilizado para desarrollar chips de ordenador. Este proceso requiere de la utilización de un ambiente específico, y consiste en pintar la superficie con un material especial, exponiéndolo a luz ultravioleta o a un haz de electrones para crear el patrón deseado.

Posteriormente, deben aplicarse una serie de tratamientos químicos para concluir el proceso, que se torna complejo y costoso.

La técnica ideada por Weiss y su equipo se denomina impresión directa de sustratos porosos, y puede crear un dispositivo en menos de un minuto, independientemente de su complejidad.

El modelo más pequeño generado hasta la fecha con esta técnica cuenta solamente con unas pocas decenas de nanómetros, que es el tamaño de una molécula individual de ácido graso. También existe otro desarrollo en oro nanoporoso, de alrededor de 70 nanómetros.

Algunas aplicaciones

El primer nanodispositivo realizado por Weiss y su equipo utilizando la nueva tecnología ha sido un biosensor que puede ser configurado para identificar una variedad de moléculas orgánicas, como el ADN, las proteínas y los virus. El dispositivo consiste en una rejilla confeccionada en silicio poroso, con un tratamiento que permite que las moléculas se adhieran a ella.

Los ingenieros e investigadores resaltaron que un biosensor confeccionado en silicio nanoporoso es mucho más sensible que aquéllos realizados en silicio ordinario. Asimismo, el grupo de Weiss ha colaborado con especialistas en ingeniería química y biomolecular para emplear la nueva técnica en la producción de nanosensores químicos.

Los nanosensores químicos son diez veces más sensibles que otras clases de sensores químicos comerciales, lo que permitiría una mayor efectividad en las tareas a concretar. Por otra parte, los investigadores también han demostrado que pueden utilizar esta técnica para desarrollar micropartículas.

Estas micropartículas podrían emplearse en los ánodos de las baterías de iones de litio, lo que aumentaría considerablemente su capacidad, sin necesidad de añadir mucho peso. Esta investigación ha recibido el apoyo de la U.S. Army Research Office, del proyecto INNESCO, del Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada y de la National Science Foundation.

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