NeoFronteras

La balanza más pequeña a presión normal

Área: Tecnología — Martes, 13 de Febrero de 2007

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El cantilever más pequeño. Es metálico y mide 400 nm × 80 nm . Foto: M Roukes.

Físicos del Calteth (California Institute of Technology) dirigidos por Michael Roukes han fabricado el primer nanocantilever capaz de medir masas minúsculas en condiciones ordinarias. A diferencia de los sistemas anteriores no necesita condiciones de vacío o temperaturas criogénicas para funcionar. Este logro podría revolucionar la manera en la cual se miden las masas de partículas minúsculas y tener aplicaciones incluso en medicina.
Lo dispositivos micromecánicos actuales pueden medir masa del orden del attogramo (10-18g). Sin embargo estos dispositivos requieren un control estricto de la condiciones de trabajo como alto vacio, temperaturas extremadamente bajas o bobinas superconductoras. La razón se debe a que es muy difícil de medir el movimiento de un dispositivo micrométrico en condiciones normales ya que la influencia del aire circundante o la misma temperatura ya provoca su movimiento. En general estos dispositivos consisten en un cantilever o voladizo con forma de trampolín de unas pocas micras de longitud, unos cientos de nanometros de ancho y fabricados a partir de silicio. Podríamos denominarlos microcantilevers.
En este caso el dispositivo es distinto al usarse una lámina metálica en lugar del silicio semiconductor habitual al confeccionar el cantilever. Esta elección de material soluciona algunos de los problemas de sensibilidad, aunque su tecnología de fabricación sea un poco distinta de la estándar empleada (y ya muy dominada) en semiconductores. Sin embargo, esta elección simplifica el proceso de fabricación y además permite confeccionar dispositivos muy sensibles que funcionan a escalas nanométricas. Podríamos denominarlos nanocantilevers.
Además se puede medir el movimiento de éstos con alta precisión incluso cuando operan a frecuencias entre 30 MHz and 300 Mhz, cosa imposible para los cantilevers semiconductores. Normalmente la medida de masa se realiza al medir el cambio del estado vibracional de estos dispositivos, de ahí la importancia que sean operativos en una gran gama de frecuencias.
Una propiedad inesperada de los nanocantilever respecto a los microcantilevers es que reducen substancialmente su amortiguamiento por viscosidad cuando funcionan a presión atmosférica normal. Esto se debe a que su pequeño tamaño (400 nm de ancho por 80 de grueso) va a la par con el camino libre medio de las moléculas de aire (unos 65nm). El nanodispositivo puede por tanto operar en condiciones normales.
Este grupo de investigadores ha demostrado que este cantilever puede medir masas en la escala del attogramo con una resolución de 100 zeptogramos (10-19g) y que constituye una marca mundial en esas condiciones.
Según el miembro del equipo Mo Li este dispositivo sería una plataforma muy versátil para diversas aplicaciones como sensor químico de gases, para la detección de explosivos, como nariz electromecánica para el análisis del aliento en diagnosis médica… Proyectos todos ellos en los que están ya trabajando.
Ahora a este grupo de físicos le gustaría crear una formación de cientos de estos nanocantilevers, cada uno diseñado para detectar un compuesto químico específico y que sería equivalente al olfato sensible de un sabueso.

Referencia: Artículo original.

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