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¿Cómo producir en masa los robots de tamaño de células: Técnica del MIT podría llevar a la pequeña, dispositivos autoalimentados para ambiental, industrial, o la vigilancia médica.

Pequeños robots no más grandes que una célula podrían ser producidos en masa utilizando un nuevo método desarrollado por investigadores del MIT. Los dispositivos microscópicos, que el equipo llama "syncells" (abreviatura de células sintéticas), eventualmente podría usarse para monitorear las condiciones dentro de un oleoducto o gasoducto, o para buscar enfermedades mientras flota en el torrente sanguíneo.

Esta foto muestra círculos en una hoja de grafeno donde la hoja se coloca sobre una serie de postes redondos., creando tensiones que harán que estos discos se separen de la hoja. La barra gris a lo largo de la hoja es un líquido que se usa para levantar los discos de la superficie.. Imagen: Felice frankel

La clave para fabricar dispositivos tan diminutos en grandes cantidades radica en un método que el equipo desarrolló para controlar el proceso de fractura natural de partículas atómicamente delgadas., materiales quebradizos, Dirigir las líneas de fractura para que produzcan bolsas minúsculas de tamaño y forma predecibles.. Incrustados dentro de estos bolsillos hay circuitos electrónicos y materiales que pueden acumular, registro, y datos de salida.

El proceso de la novela, llamado “autoperforación,” se describe en un artículo publicado hoy en la revista Materiales de la naturaleza, por el profesor del MIT Michael Strano, posdoctorado Pingwei Liu, estudiante de posgrado Albert Liu, y otros ocho en el MIT.

El sistema utiliza una forma bidimensional de carbono llamada grafeno., que forma la estructura externa de las diminutas sincélulas. Una capa del material se coloca sobre una superficie, luego diminutos puntos de un material polimérico, que contiene la electrónica de los dispositivos, son depositados por una sofisticada versión de laboratorio de una impresora de inyección de tinta. Entonces, encima se coloca una segunda capa de grafeno.

Fractura controlada

La gente piensa en el grafeno, un material ultrafino pero extremadamente fuerte, como ser "disquete,pero en realidad es frágil, Strano explica. Pero en lugar de considerar que la fragilidad es un problema, el equipo se dio cuenta de que podría ser usado a su favor.

“Descubrimos que puedes usar la fragilidad,”Dice Strano, quien es el carbono p. Dubbs Profesor de Ingeniería Química en el MIT. “Es contradictorio. Antes de este trabajo, si me dijeras que puedes fracturar un material para controlar su forma a nanoescala, Hubiera sido incrédulo”.

Pero el nuevo sistema hace precisamente eso.. Controla el proceso de fractura para que, en lugar de generar fragmentos aleatorios de material, como los restos de una ventana rota, produce piezas de forma y tamaño uniforme. “Lo que descubrimos es que se puede imponer un campo de tensión para hacer que la fractura sea guiada, y puede usar eso para la fabricación controlada,extraño dice.

Cuando la capa superior de grafeno se coloca sobre la matriz de puntos de polímero, que forman formas de pilares redondos, los lugares donde el grafeno cubre los bordes redondos de los pilares forman líneas de alta tensión en el material. Como lo describe Albert Liu, “imagina un mantel cayendo lentamente sobre la superficie de una mesa circular. Uno puede visualizar muy fácilmente la tensión circular en desarrollo hacia los bordes de la mesa., y eso es muy similar a lo que sucede cuando una lámina plana de grafeno se pliega alrededor de estos pilares de polímero impreso”.

Como resultado, las fracturas se concentran justo a lo largo de esos límites, extraño dice. “Y luego sucede algo bastante sorprendente: El grafeno se fracturará por completo., pero la fractura será guiada alrededor de la periferia del pilar.” El resultado es un limpio, pieza redonda de grafeno que parece haber sido cortada limpiamente con un perforador microscópico.

Porque hay dos capas de grafeno., por encima y por debajo de los pilares de polímero, los dos discos resultantes se adhieren en sus bordes para formar algo así como un pequeño bolsillo de pan de pita, con el polímero sellado en el interior. “Y la ventaja aquí es que esto es esencialmente un solo paso,” en contraste con muchos pasos complejos de sala limpia que necesitan otros procesos para tratar de fabricar dispositivos robóticos microscópicos, extraño dice.

Los investigadores también han demostrado que otros materiales bidimensionales además del grafeno, como disulfuro de molibdeno y boronitruro hexagonal, trabajo igual de bien.

Robots similares a células

Varían en tamaño desde el de un glóbulo rojo humano, acerca de 10 micrómetros de ancho, hasta aproximadamente 10 veces ese tamaño, estos pequeños objetos “comienzan a verse y comportarse como una célula biológica viva. De hecho, bajo un microscopio, probablemente podrías convencer a la mayoría de la gente de que es una célula,extraño dice.

Este trabajo da seguimiento a investigaciones anteriores por Strano y sus alumnos sobre el desarrollo de celdas sincronizadas que podrían recopilar información sobre la química u otras propiedades de su entorno utilizando sensores en su superficie, y almacenar la información para su posterior recuperación, por ejemplo, inyectar un enjambre de tales partículas en un extremo de una tubería y recuperarlas en el otro para obtener datos sobre las condiciones en su interior. Si bien los nuevos sincronizadores aún no tienen tantas capacidades como los anteriores, esos fueron ensamblados individualmente, Considerando que este trabajo demuestra una manera de producir fácilmente en masa tales dispositivos.

Además de los posibles usos de las syncells para la monitorización industrial o biomédica, la forma en que se fabrican los diminutos dispositivos es en sí misma una innovación con un gran potencial, según Albert Liu. “Este procedimiento general de usar la fractura controlada como método de producción se puede extender a muchas escalas de longitud," él dice. “[Potencialmente podría usarse con] esencialmente cualquier material 2-D de elección, en principio, permitir que los futuros investigadores adapten estas superficies atómicamente delgadas en cualquier forma o forma deseada para aplicaciones en otras disciplinas”.

Esto es, Alberto Liu dice, “una de las únicas formas disponibles en este momento para producir microelectrónica integrada autónoma a gran escala” que puede funcionar como independiente, dispositivos flotantes. Dependiendo de la naturaleza de la electrónica en el interior, los dispositivos podrían estar provistos de capacidades de movimiento, detección de varios productos químicos u otros parámetros, y almacenamiento de memoria.

Hay una amplia gama de nuevas aplicaciones potenciales para estos dispositivos robóticos del tamaño de una celda., dice extraño, quien detalla muchos de estos posibles usos en un libro del que fue coautor con Shawn Walsh, un experto en los Laboratorios de Investigación del Ejército, sobre el tema, llamado “Sistemas Robóticos y Plataformas Autónomas,” que está siendo publicado este mes por Elsevier Press.

Como una demostración, el equipo “escribió” las letras M, yo, y T en una matriz de memoria dentro de una celda sincronizada, que almacena la información como niveles variables de conductividad eléctrica. Esta información se puede "leer" usando una sonda eléctrica., mostrando que el material puede funcionar como una forma de memoria electrónica en la que se pueden escribir datos, leer, y borrado a voluntad. También puede retener los datos sin necesidad de alimentación., Permitir que la información se recopile en un momento posterior.. Los investigadores han demostrado que las partículas son estables durante un período de meses, incluso cuando flotan en el agua., que es un solvente duro para la electrónica, según strano.

“Creo que abre un conjunto de herramientas completamente nuevo para micro- y nanofabricación," él dice.

daniel goldman, un profesor de física de Georgia Tech, quien no estuvo involucrado con este trabajo, dice, “Las técnicas desarrolladas por el grupo del profesor Strano tienen el potencial de crear dispositivos inteligentes microescala que puede realizar tareas en conjunto que ninguna partícula puede lograr solo.”


Fuente:

http://news.mit.edu, por David L. Velero

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