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Foto del sensor de gas fabricado con silicio poroso procedente de diatomeas. Foto: GeorgiaTech.

Investigadores de la Escuela de Ciencias de los Materiales del Instituto de Tecnología de Georgia dirigidos por Kenneth H. Sandhage han podido fabricar componentes electrónicos a partir de esqueletos de diatomeas. Además, este tipo de componentes electrónicos se pueden usar para aplicaciones novedodas, como sensores de gases, nuevos tipos de baterías, etc.
El los océanos hay algas unicelulares que crean cubiertas silíceas con las que se protegen: las diatomeas. Como hay unas 100.000 especies distintas de estas algas y por tanto una gran variedad de estas cubiertas, hay un gran conjunto de formas que se podrían utilizar. Las cubiertas están compuestas de sílice (óxido de silicio, concretamente SiO₂), y todas ellas miden en promedio unas 10 micras de diámetro.
Las cubiertas no se pueden utilizar tal cual en microelectrónica. Para obtener silicio semiconductor hay que reducir el óxido de silicio a silicio puro. Para ello los investigadores introducen estos «componentes» en una atmósfera de magnesio a 650° C. El magnesio se combina con el oxígeno y luego, con ácido fluorhídrico (HF), se elimina el óxido de magnesio recién formado quedando sólo el silicio puro.
El resultado es una réplica de la estructura tridimensional original con todos sus detalles del orden de 10nm, pero compuestas por silicio poroso. De momento desconocemos una técnica industrial capaz de replicar desde cero y a partir de silicio puro estructuras con ese gran detalle tridimensional.
Debido a la gran variedad de diatomeas se podrían conseguir componentes semiconductores nanoestructurados adecuados para distintas funciones.
Los agujeros nanométricos de la estructura obtenida a partir de diatomeas pueden ser particularmente útiles para determinadas aplicaciones, como sensores de gas capaces de detectar cantidades minúsculas de un determinado compuesto en el ambiente con sólo hacer pasar una corriente a través del dispositivo.
Estos investigadores pueden por ejemplo detectar con este sistema unas pocas partes por millón de óxido nítrico (un contaminante común). Cuando el gas es absorbido por el silicio poroso las propiedades electrónicas del material cambian y esto se puede medir fácilmente a baja voltaje. Se podrían disponer en formación varios de estos dispositivos sobre un chip para así detectar distintos gases.
Además de las posibles aplicaciones como sensores de contaminación también estaría la de purificadores químicos, como inmovilizadores de enzimas para procesos de producción de fármacos por cromatografía líquida.
Estos componentes presentan fotoluminiscencia y emiten luz cuando la reciben con una determinada longitud de onda por lo que se podrían utilizar en aplicaciones fotónicas en las que la fotoluminiscencia fuera una ventaja.
Por ultimo, los autores proponen construir baterías de ión litio compactas de alto rendimiento para portátiles, teléfonos celulares o cámaras basándose en este tipo de componentes. De este modo se sacaría ventaja de la gran superficie de este silicio poroso que está encerrada en un volumen pequeño.
La especie fósil de diatomea Aulacoseira utilizada en los experimentos publicados en Nature tiene millones de años de antigüedad y proviene de minas que producen tierra de diatomeas que se vende a la industria para otros fines.
Lo más fascinante es que también sería posible controlar la forma de la cubierta modificando genéticamente a las diatomeas vivas que las producen actualmente, para así obtener una forma más apropiada a una función dada. Por supuesto también es posible cultivarlas en grandes cantidades, proceso que se conoce muy bien. De este modo se podrían obtener componentes microelectrónicos nanoestructurados a la carta y en cantidades masivas de forma sencilla y barata.

Referencia: Nature (vol 446, p 172).
Fuente: Instituto de Tecnología de Georgia.