Lun09232019

Last update04:30:33 PM

Back Está aquí: Home Nuevos materiales Historias de éxito Crean un sensor que permite pesar átomos con una resolución inédita

Crean un sensor que permite pesar átomos con una resolución inédita

Los científicos han desarrollado un sensor de masa que tiene una resolución inédita hasta la fecha. Detecta masas cercanas a un zeptogramo, la milésima parte de la millonésima de la millonésima de la millonésima de un gramo, y permitiría detectar la masa de proteínas con resolución atómica o monitorizar reacciones químicas y nucleares a nivel molecular.

 

Arriba, esquema de funcionamiento del sensor: cuando los atomos se depositan sobre el nanotubo, éste ralentiza su vibración lo que sirve para cuantificar la masa de los átomos. Debajo: fotografía del dispositivo obtenida con microscopio electrónico de barrido. El nanotubo (que se aprecia como un hilo finísimo) está fijado por los extremos a dos grandes electrodos de oro.Un grupo de investigadores del CIN2 (Centro de Investigación en Nanotecnología y Nanociencia) y liderado por Adrian Bachtold, ha desarrollado un sensor de masa que puede medir pequeñas cantidades de masa a nivel atómico con una resolución inédita hasta la fecha.

El CIN2 es un centro mixto del CSIC (Consejo Superior de Investigaciones Científicas) y del Instituto Catalán de Nanotecnología. En el desarrollo también han participado investigadores de la Universidad Politécnica de Catalunya (UPC).

El dispositivo se basa en un nanotubo de carbono, de 1 nanómetro de diámetro, que está fijado por ambos extremos a dos electrodos. Dicho dispositivo actúa como un resonador mecánico caracterizado con una frecuencia de resonancia determinada, como si fuera la cuerda de una guitarra. Cuando los átomos se dirigen hacia el nanotubo, lo golpean y se adhieren a su superficie. Esto incrementa la masa del nanotubo, reduciendo así su frecuencia de resonancia. Este ralentizamiento de la vibración el lo que sirve para cuantificar la masa de los átomos.

A temperatura ambiente, el dispositivo tiene una resolución de 25 zg (zeptogramos) pero cuando se enfría hasta 5 kelvin ( 268,15 grados C bajo cero) la resolución mejora hasta 1,4 zeptogramos. Un zeptogramo equivale a 10 -21 gramos o, lo que es lo mismo, la milésima de la millonésima de la millonésima de la millonésima de un gramo.

Un sensor de esta resolución permitiría detectar pequeñísimas cantidades de masa. Por ejemplo, permite medir la masa de proteínas u otras moléculas con una resolución atómica. También serviría para monitorizar reacciones nucleares en átomos individuales, o reacciones químicas en moléculas biológicas.

Los investigadores han probado el dispositivo midiendo la masa de átomos de cromo evaporados y los resultados, según explican en un artículo que se publica en la revista Nanoletters, son excepcionales. Los firmantes del artículo, además de Adrian Bachtold, son Benjamin Lassagne y Daniel García Sánchez, todos ellos del CIN2, y Albert Aguasca, de la Universidad Politécnica de Cataluña.

El equipo está mejorando el dispositivo y espera conseguir en un futuro cercano una resolución de 0.001 zg, la masa de un núcleo

Un reto pendiente

Uno de los retos pendientes de la nanotecnología y la nanomecánica es precisamente éste, disponer de un sensor de masa para poder trabajar a nivel subatómico. Lo máximo que se había conseguido hasta la fecha eran sensores, basados en resonadores de silicio, con una resolución de unos 7 zeptogramos a temperaturas de 4,2 kelvin.

El equipo de Bachtold ha conseguido aumentar la resolución gracias al uso de nanotubos de carbono. La masa de un nanotubo es bajísima, de apenas unos atogramos (un atogramo es la millonésima de la millonésima parte de un microgramo, o 10 -18 g), de forma que cualquier minúscula cantidad de masa incorporada será detectada. Además, los nanotubos son mecánicamente ultrarígidos, lo que los convierte en excelentes candidatos para ser usados como materiales resonadores.

El equipo de Bachtold actualmente está mejorando el dispositivo y espera conseguir en un futuro cercano una resolución de 0.001zg, la masa de un núcleo. Los investigadores pondrán entonces proteínas en el nanotubo y estudiarán el cambio de masa durante las reacciones químicas (por ejemplo, cuando un átomo de hidrógeno se libera).

La nanotecnología es una de las disciplinas científicas que más rápidamente está avanzando en los últimos años. Aun así, quedan muchos retos pendientes, y uno de ellos es conseguir un espectrómetro de masas que permita trabajar a ese nivel, con átomos o pequeñas moléculas biológicas.

Se da la circunstancia de que el desarrollo de estos investigadores ha coincidido en el tiempo con otros de similares características: dos grupos estadounidenses, el primero en la Universidad Técnica de California (CalTech) y el otro en la Universidad de Berkeley (California). Ambos han desarrollado sensores de masa basados en nanotubos de carbono, aunque con ligeras diferencias entre los métodos empleados. El trabajo de los tres grupos fue destacado recientemente en un artículo de la revista Nature Nanotechnology.

Enlaces externos:

CIN2, Centro de Investigación en Nanotecnología y Nanociencia (CSIC - ICN)

Artículo en Nanoletters

Reseña en Nature Nanotechnology

Los científicos han desarrollado un sensor de masa que tiene una resolución inédita hasta la fecha. Detecta masas cercanas a un zeptogramo, la milésima parte de la millonésima de la millonésima de la millonésima de un gramo, y permitiría detectar la masa de proteínas con resolución atómica o monitorizar reacciones químicas y nucleares a nivel molecular.