sábado, 31 de marzo de 2018

Motor browniano oscilante para separar nanopartículas.

Un equipo de investigación de IBM publicó, el 31 de marzo del 2018, el artículo “Nanofluidic rocking Brownian motors” en la  revista científica Science. Los motores propuestos impulsan las nanopartículas a lo largo de pistas predefinidas para separarlas con una precisión sin precedentes. El motor browniano oscilante está inspirado en la naturaleza. En las células, los motores moleculares son pequeños andadores que transportan la carga a lo largo de guías de microtúbulos con un consumo mínimo de combustible. El movimiento browniano,  caótico y tembloroso de las partículas, es causado por las moléculas de agua al colisionar aleatoriamente con ellas. Albert Einstein dio una descripción correcta del movimiento  en 1905. 
Un motor browniano convierte este movimiento aleatorio en trabajo mecánico al trasformar la aleatoriedad en un movimiento recto de las partículas. Para este propósito, los científicos usan el principio similar a un destornillador de trinquete. Un trinquete es un mecanismo que permite a un engranaje girar hacia un lado, pero le impide hacerlo en sentido contrario. Además, usan una fuerza externa oscilante capaz de empujar las partículas contra los dientes de trinquete. El motor browniano no produce movimiento dirigido, solo evita que las partículas se muevan hacia atrás. Para comenzar a construir el dispositivo  utilizaron  una punta diminuta y caliente de silicio con un ápice afilado de modo de crear un paisaje tridimensional "cincelando" el material en una capa de polímero. La técnica se denomina litografía con sonda de escaneo térmico. La separación de dos tipos diferentes de partículas requiere combinar dos trinquetes con direcciones de transporte opuestas con dientes de diferentes tamaños. Luego se  coloca una  gota de agua  conteniendo las pequeñas esferas de oro de 60 nm y 100 nm en los trinquetes y  se cubre con un cristal delgado, dejando un pequeño espacio entre las puntas de los dientes y el vidrio. Como una partícula de mayor tamaño es menos probable que explore el trinquete con los dientes más pequeños, las esferas se mueven en direcciones opuestas y se separan. Las partículas de 60 nm se balancean hacia la derecha y las partículas de 100 nm hacia el lado izquierdo del sistema en solo unos pocos segundos. El dispositivo tiene capacidad para separar partículas entre 5 nm y 100 nm de tamaño y con diferencias en el radio entre ellas de solo 1 nm. El motor browniano oscilante presenta un gran potencial para aplicaciones de laboratorio en chips vinculados con la ciencias de los materiales, las ciencias ambientales y la bioquímica.

Lectura complementaria:
Nanofluidic rocking Brownian motors.