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Cristales hechos para hacer brotar pequeños tubos
Los investigadores han descubierto una forma de hacer crecer pequeños tubos a escala micrométrica a partir de materiales que actúan como catalizadores y sensores de gas. Al hacer redes de estos tubos, los investigadores dicen que podrían crear dispositivos compactos de laboratorio en un chip en los que los propios canales están hechos de catalizador o material sensor. Podría arrojar productos químicos a través de un tubo de área de superficie muy alta y potencialmente hacer una catálisis muy eficiente, dice Lee Cronin , profesor de química en la Universidad de Glasgow, Reino Unido, quien dirigió el trabajo.
Tubos mágicos: Los cristales inorgánicos colocados en una solución de moléculas fluorescentes comienzan a hacer crecer los tubos automáticamente. Los tubos son lo suficientemente robustos como para inyectarles líquido (arriba a la derecha). Los investigadores también pueden fusionar dos tubos (en el medio) y crear diseños con los tubos dirigiendo el crecimiento con campos eléctricos (abajo a la derecha).
En un artículo publicado en la revista Química de la naturaleza , Cronin y sus colegas informan que pueden controlar los diámetros de los tubos y la velocidad con la que crecen. Es más, mediante el uso de trucos simples, pueden controlar la dirección de crecimiento de los tubos y pueden fusionar dos tubos para formar estructuras diferentes.
Cultivar dispositivos de microfluidos de esta manera podría ser más simple que usar las técnicas de litografía actuales, dice Cronin. Podemos cultivar tubos de la misma manera que controlas las líneas en un Etch A Sketch, dice. Simplemente crece muy rápidamente en unos segundos el dispositivo que desea.
Los cristales inorgánicos que utilizan los investigadores pertenecen a una clase de sustancias químicas conocidas como polioxometalatos. Estos grupos cargados negativamente de átomos de metal y oxígeno son excelentes catalizadores para muchas reacciones diferentes en la industria química. También son buenos para detectar y adsorber gases, y se utilizan para eliminar compuestos tóxicos como óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre de las corrientes de gases de combustión. Mediante el uso de diferentes átomos de metal, los investigadores pueden crear polioxometalatos con diversas propiedades químicas. Los polioxometalatos tienen una gran diversidad estructural y versatilidad, así como muchas opciones para modificar el comportamiento físico y químico, dice Paul Kogerler , profesor de química en la Universidad RWTH Aachen, en Alemania.
Para crear sus microtubos, los investigadores de Glasgow utilizan cristales que contienen tungsteno. Cuando colocan estos cristales de óxido metálico cargados negativamente en agua y agregan moléculas fluorescentes cargadas positivamente, los cristales comienzan a brotar tubos en solo unos segundos.
Cronin explica que las moléculas positivas y negativas se unen para formar una membrana en la superficie del cristal. La presión dentro de esta membrana se acumula hasta que se rompe y el material de óxido metálico en el interior se derrama en un chorro. A medida que sale, automáticamente comienza a formar un tubo hueco a través del cual puede fluir más y más material. El tubo crece hasta que todo lo que queda del cristal es la membrana hueca.
Los investigadores pueden cambiar los diámetros de los tubos y la velocidad a la que crecen cambiando la concentración de las moléculas fluorescentes. Los tubos varían de 1 a 120 micrómetros de ancho. Al aplicar un voltaje, pueden hacer que los tubos crezcan en direcciones específicas. Pueden fabricar tubos ramificados de dos formas diferentes. Una es dejar que dos tubos choquen, lo que hace que un solo tubo emerja en el punto de colisión. La otra es perforar un tubo con una aguja de micromanipulador para que el material fluya y crezca otra rama. Para mostrar que los tubos son huecos y pueden transportar líquidos, los investigadores inyectan tinte fluorescente a través de ellos.
Kogerler dice que el trabajo es prometedor porque los tubos mantienen su estructura y no se descomponen. Además, tienen una relación superficie-volumen relativamente alta, lo que es beneficioso para aplicaciones de catálisis y detección. Pero aún no es evidente que sean ideales para estas aplicaciones. Esto se debe a que la superficie de los tubos no solo está hecha de moléculas de polioxometalato entrelazadas: también contiene moléculas fluorescentes cargadas positivamente. La pregunta es, ¿obtendría algún tipo de reactividad con eso? Pregunta Kogerler.
Kogerler dice que sería realmente interesante si los investigadores pudieran encontrar una manera de hacer crecer tubos similares en el rango nanométrico. Se sabe que los compuestos de óxidos metálicos forman estructuras a esta escala, y el enfoque produciría superficies aún más grandes.