La densidad como factor en el diseño de micro y nanomotores ultrasónicos

El progreso tecnológico busca ir a escalas cada vez más pequeñas y desarrollar dispositivos que puedan operarse a distancia en el interior del cuerpo humano. Los nanomotores propulsados por ultrasonido son un ejemplo de ellos. 

 

Científicos mexicanos de la UNAM en colaboración con investigadores de EUA diseñaron motores tipo Janus (del griego “que posee dos caras”) que consisten de una micropartícula recubierta en uno de sus hemisferios con una estructura de multicapas de alta densidad de espesor nanométrico. Al ser excitada con ultrasonido en medios líquidos, la asimetría en la distribución de densidades permite propulsar a la partícula debido a que ésta oscila y vibra, generando una corriente acústica a su alrededor. La intensidad de esta corriente está relacionada con la densidad del material, lo que hace que sea más intensa en una dirección, generando propulsión de la partícula.

 

Por otra parte, la estructura de multicapas incluyó un material magnético que permite orientar a la partícula, lo cual resultó en una propulsión más eficiente y permitió que fuera guiada a distancia. Sin embargo, el papel del material magnético no termina aquí. También permite que las partículas se muevan rodando sobre las superficies mediante la acción de campos magnéticos oscilatorios. 

 

Asimismo, cuando la capa externa es de platino, funciona como catalizador que descompone combustibles y propulsa al motor, logrando un diseño híbrido.

 

Este trabajo  incorpora  la densidad  como innovador criterio de diseño que abre las puertas a una nueva generación de  micro y nanomotores con diversas aplicaciones potenciales en biomedicina.

 

Mas información en: Advanced Functional Materials

 

 

  

Detector de gases con muy alta sensibilidad basado en capas ultradelgadas de platino

Los detectores de gases son transductores que, a su vez, son dispositivos que convierten una interacción fisicoquímica entre un material sensor y un gas en una señal eléctrica.  Ésta se puede detectar en las dos terminales de una resistencia de un circuito eléctrico. El grafeno ha revolucionado los sensores en la escala nano, pero es químicamente inerte y no es aplicable como detector de gases.

 

Un grupo de investigadores de Suecia y España descubrió la posibilidad de preparar una capa de platino de un solo átomo que puede ser usado como sensor químico. 

 

El depósito de capas eléctricamente continuas de Pt se realizó mediante la técnica de deposición física de vapores de Pt empleando un cañón de electrones. Películas de 3–4 Å de espesor se depositaron sobre un sustrato compuesto por una capa de carbono cero (también conocida como la capa amortiguadora) producida epitaxialmente  sobre carburo de silicio (SiC). La conductividad eléctrica de la capa metálica cambió notablemente cuando interactuó con el analito químico, debido a la transferencia de cargas hacia y desde el Pt. 

 

La fuerte interacción del Pt con especies químicas permite la fabricación de dispositivos quimiorresistores para la detección eléctrica de compuestos con límites de detección de menos de una parte por billón (ppb o partes por billón, en nuestro sistema métrico significa partes por millón de millones, distinto al sistema métrico inglés en el que ppb, parts per billion, significa partes por mil millones.) El sistema 2-D formado por Pt atómicamente delgado sobre la capa de carbono cero en SiC abre la posibilidad para la detección química resiliente y de alta sensibilidad y puede ser la ruta a seguir para diseñar nuevos catalizadores heterogéneos con actividad y selectividad incrementadas.

 

Los resultados se publicaron recientemente en la revista científica Advanced Material Interfaces.

 

Más información en Nanotechnology News.

Bionanotecnología en la agricultura

La creciente demanda alimentaria de la población mundial requiere de una agricultura sustentable. Con este fin, la bionanotecnología ha investigado nanopartículas (NPs) cuyas características fisicoquímicas contribuyen al crecimiento vegetal y a la tolerancia a las sequías. 

 

Investigadores de China presentaron una revisión de NPs aplicables a la agricultura. Destacan la eficacia de nanopartículas (NPs) de CeO₂ y C60 para mitigar el estrés oxidativo ocasionado por la salinidad del suelo y las temporadas de sequía. Estas nanopartículas actúan como nano-enzimas al eliminar las especies de oxígeno altamente reactivas (ROS, del inglés reactive oxygen species) ya que mimetizan la actividad catalítica de enzimas antioxidantes.

 

También reportan que las NPs de SiO₂, inducen la producción de compuestos fenólicos y otros antioxidantes que aumentan la resistencia de las plantas. Los nanofertilizantes proveen a los cultivos nutrientes esenciales: por ejemplo, el TiO₂ y el ZnO promueven el crecimiento y la acumulación de biomasa en los cultivos de frijol; el SiO₂ y el Fe₂O₃ incrementan el contenido de clorofila y la eficiencia de fotosíntesis en la planta; las NPs a base de molibdeno contribuyen a la fijación de nitrógeno, mientras que las de CeO₂ optimizan el transporte del Na⁺ desde la raíz hacia los tallos, promoviendo su crecimiento. Por su parte, las NPs de MgO confieren resistencia al estrés hídrico en las plantas de tomate. 

 

Por otra parte, los nanotubos de carbono de pared sencilla y múltiple, el óxido de grafeno y los fulerenos se utilizan como nano-pesticidas para el control de plagas y enfermedades causadas por microorganismos. 

 

Esta amplia revisión resalta los beneficios de la bionanotecnología para los cultivos y su contribución a la gran demanda de alimento. 

 

Mayor información: Journal of Agricultural and Food Chemistry of ACS

La detección óptica de resonancia magnética en nitruro de boro hexagonal se asocia a defectos asociados con vacancias de borde

 En 2016 se descubrió la emisión de un solo fotón (SPE, por sus siglas del inglés single photon emission) que se origina en defectos del nitruro de boro hexagonal (h-BN). Esto motivó investigaciones teóricas y experimentales con el fin de entender el origen de esta emisión. Recientemente, se ha reportado la detección óptica de resonancia magnética (ODMR, por sus siglas del inglés optically detected magnetic resonance) en el h-BN. 

 

En este trabajo un grupo internacional de investigadores estudió cómo varían las propiedades de los defectos dependiendo de su ubicación, ya sea que se localicen en el volumen del material o en un borde de la última capa. El modelo propuesto considera láminas periódicas de 1 o 2 dimensiones. Las estructuras en 1 dimensión consisten en una línea infinita de bordes de h-BN. 

 

Los resultados demuestran que las propiedades ópticas y magnéticas de los defectos sufren cambios considerables en función de su ubicación. Los cálculos para el estado base del espín y el espectro de fotoluminiscencia proveen evidencia de que las observaciones de ODMR para el h-BN se deben, en un caso,  a las vacancias de boro con signo negativo (V_B^-) ubicadas en el volumen de la lámina. Igualmente se explica otra observación de ODMR que puede deberse a una vacancia de nitrógeno con signo negativo (V_N^-) localizada en los bordes de los escalones del h-BN. 

 

El interés se orienta a la posibilidad de aprovechar la SPE para aplicaciones en nanofotónica, información cuántica y otras tecnologías. 

 

Para mayor información, consultar: Comunications Physics of Nature