¿Cómo detectar algo que pesa poco más de la milésima de la millonésima de la millonésima de la millonésima parte de un gramo? Investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) han desarrollado un sensor que puede medir diminutas cantidades de masa a nivel atómico con una resolución inédita hasta el momento. El trabajo, que aparece publicado en la revista Nanoletters, supone un paso más en la búsqueda de espectrómetros de masas que permitan a los científicos medir, con una resolución atómica, algo tan pequeño como la masa de una proteína.
El investigador Adrián Bachtold, que trabaja en el CNI2, Centro de Investigación en Nanotecnología y Nanociencia (centro mixto del CSIC y el Instituto Catalán de Nanotecnología), en Barcelona, dirige este trabajo, que también ha contado con la participación de investigadores de la Universidad Politécnica de Cataluña.
El sensor se basa en un nanotubo de carbono, de un nanómetro[1] de diámetro, que está fijado por ambos extremos a dos electrodos. A temperatura ambiente, el dispositivo tiene una resolución de 25 zeptogramos, pero cuando se enfría hasta 5 grados kelvin (268,15 grados centígrados bajo cero) su resolución mejora sensiblemente: logra captar masas de hasta 1,4 zeptogramos. Un zeptogramo son 10-21 gramos, es decir, la milésima de la millonésima de la millonésima de la millonésima parte de un gramo.
Hasta la fecha, los nanosensores habían logrado resoluciones de unos 7 zeptogramos a temperaturas de 4,2 grados kelvin.
Este tipo de sensores podría detectar diminutas cantidades de masa, como la que tienen las proteínas u otras unidades con una resolución atómica. Entre sus potenciales aplicaciones, destaca la posibilidad de monitorizar las reacciones en el núcleo de átomos individuales o las reacciones químicas en moléculas biológicas.
Como la cuerda de una guitarra
La diminuta masa de los nanotubos (apenas unos atogramos, la millonésima parte de un microgramo) es la clave para convertirles en sensores ultrasensibles, ya que cualquier cantidad de masa que se incorpore a los tubos será detectada. El dispositivo actúa como un resonador, como si fuera la cuerda de una guitarra. Cuando los átomos se dirigen al nanotubo, lo golpean y se adhieren a su superficie. Al pesar más, se ralentiza la vibración del nanotubo. Esa diferencia de resonancia permite calcular la masa de la partícula adherida.
Hasta el momento, los sensores más utilizados se basaban en resonadores de silicio. El diseño que propone el equipo de Bachtold opta, sin embargo, por los nanotubos de carbono, cuyo peso es sensiblemente inferior al silicio.
La investigación dirigida por Bachtold ha coincidido con la publicación de otros dos trabajos, realizados por sendos grupos estadounidenses, también basados en nanotubos de carbono y cuyos resultados fueron destacados por la revista Nature Nanotechnology. Tras este primer estudio, el investigador del CSIC y sus colaboradores trabajan ya en la mejora del dispositivo y, en un futuro, pretenden alcanzar una resolución de 0,001 zeptogramos, la masa del núcleo de un átomo.
Referencia bibliográfica:
B. Lassagne, D. Garcia-Sanchez, A. Aguasca y A. Bachtold "Ultra Sensitive Mass Sensing with a Nanotube Electromechanical Resonator ASAP" Nano Lett., ASAP Article, 10.1021/nl801982v.
[1] Un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro.
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