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¿Qué es silicio poroso, el llamado “polvo inteligente”, y para qué sirve?

Polvo rojo y verdeDerechos de autor de la imagen
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No todos los polvos son iguales.

La palabra “polvo” generalmente nos hace pensar en una sustancia granulada con poco valor intrínseco. Sin embargo, hay polvos científicamente importantes.

Eso es algo que la química Jamie Link puede atestiguar.

Un día de 2003, cuando estudiaba en la Universidad de California San Diego (UCSD), estaba trabajando en el laboratorio del departamento de Química y Bioquímica.

Link estaba en el proceso de hacer una fina película multicapa de silicio poroso sobre un sustrato cristalino cuando el chip de silicio accidentalmente se rompió.

¡A cualquiera le pasa!

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La clave está en lo que haces después de que algo se rompe.

Lo genial de Link fue que en vez de frustrarse, enojarse, calmarse, botar todo y empezar de nuevo, se puso a observar los trozos del chip malogrado.

Notó que cada uno retenía las propiedades del original, de manera que podían funcionar independientemente.

En agosto de ese año la universidad anunció:

UCSD químicos desarrollan partículas de silicio que se autoensamblan:Un primer paso hacia robots del tamaño de un grano de arena.

Efectivamente, el percance que tuvo Link en el laboratorio llevó al desarrollo chips de silicio del tamaño de granos de polvo que le permiten a los científicos detectar de forma rápida y remota una variedad de agentes biológicos y químicos.

Trabajó asesorada por su profesor Michael Sailor, quien había estado explorando el campo de sensores de silicio poroso desde 1990, con vistas a encontrar usos para estos fuera del laboratorio.

Un polvo más fino

El término ‘polvo inteligente’ fue acuñado por Kris Pister, profesor de ingeniería eléctrica en Universidad de California Berkeley en 1996. Se refería a “un sistema autónomo de detección, computación y comunicación” que se “empaqueta en una mota cúbica milimétrica (una pequeña partícula)”.

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Science Photo Library

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Polvo inteligente diseñado para interactuar con moléculas individuales que podrían servir en tratamientos médicos llevando medicinas a áreas específicas del cuerpo.

La versión de Link y el equipo de Sailor era aún más pequeña y hecha de una manera inédita.

Sus diminutos granos de silicio se unían espontáneamente, se orientaban y percibían su entorno local.

Tenían dos caras como espejos de diferente color: verde en un lado y rojo en el otro.

Cada superficie podía ser modificada para que encontrara y se pegara a un objetivo deseado, y para que ajustara ligeramente su color indicándole al observador qué había encontrado.

¿Cómo?

Tomaron un chip de silicio, similar a los utilizados en las computadoras, y usando químicos hicieron que un lado de la superficie fuera reflectante porosa y repelente al agua o hidrofóbica. La del lado opuesto también era reflectante porosa pero de un color distinto e hidrófila.

Luego con vibraciones la rompieron en pedazos minúsculos, del tamaño del diámetro de un cabello: cada uno, un sensor.

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Jamie Link, UCSD

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Mira esta gota de una sustancia oleosa en agua: el polvo la cubre y todas las partículas se acomodan de manera que la cara hidrófila queda visible. Esta imagen fue la que apareció con la notica del hallazgo de Jamie Link y el equipo de Michael Sailor.

Para tener un idea de cómo funcionaban, imagínate que a un vaso de agua le agregas una gota de una sustancia aceitosa y le echas ese polvo. Éste la rodearía y todos los lados hidrofóbicos quedarían escondidos, de manera que se vería de un sólo color por fuera, como en la imagen.

No sólo eso, la intensidad del color será distinta según la sustancia que agregaste, pues depende de cuánto líquido oleoso entra en los diminutos poros, y eso te ayudaría a identificarla.

Sueños y realidades

“La visión es construir dispositivos en miniatura que puedan moverse con facilidad a través de un pequeño ambiente, como una vena o una arteria, a objetivos específicos, localizar y detectar compuestos químicos o biológicos y reportar esta información al mundo exterior”, explicó Sailor.

“Podrían utilizarse para controlar la pureza del agua potable o del mar, detectar agentes químicos o biológicos peligrosos en el aire o incluso para localizar y destruir células tumorales en el cuerpo”, anticipó.

No se equivocó.

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Science Photo Library

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Nanomáquina agarrada a un grano de polvo inteligente en imagen para ilustrar el concepto. La idea es crear máquinas diminutas que puedan comunicarse entre sí y enviar señales a una estación. Los granos de polvo que ya se hacen funcionan por varios días. Ahora los planes son utilizarlos en investigación meteorológica, geofísica y biológica. Además podrían servir para llevar la web a cualquier lugar.

La tecnología original de polvo inteligente ha llevado a grandes avances en procedimientos médicos, suministro e fármacos, pruebas ambientales.

Hoy en día se usa para detectar todo, desde tumores fatales hasta agentes biológicos.

Y la lista sigue creciendo.

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