Nanoràdios de carboni

Ahir al vespre, abans d’anar a dormir i esperant que un dia d’aquests arribi l’exemplar de juny de 2009 de la revista Investigación y Ciéncia, vaig tornar a obrir l’exemplar de maig per tornar-lo a fullejar i em vaig tornar aturar a l’article titulat “Nanoradios”. De seguida vaig tornar a recordar l’entrada del bloc Edunomia on en Miquel feia referència al seu article publicat al diari de Girona on parlava d’aquestes minúscules ràdios i vaig tornar a endinsar a l’article d’Investigación y Ciéncia.

DSC00955

A la sèrie d’imatges podem apreciar com la relació entre la mida de les ràdios i el temps és inversament proporcional. A la última imatge es pot veure un nanotub de carboni acicular vibrant fotografiat mitjançant un microscopi de molt alta resolució.

La nanoràdio de nanotub, inventada el 2007 per l’equip liderat pel físic Alex Zettl de la Universitat de California a Berkeley, aconsegueix resultats sorprenents: un únic nanotub de carboni es sintonitza a una senyal de ràdio, l’amplifica, la converteix en senyal d’audiofreqüència i l’envia a un altaveu extern en una forma fàcilment reconeixible per l’oïda humana. Segons els seus fabricants, la radio de nanotub podria ser la base d’una sèrie d’aplicacions revolucionàries com ara audífons o telèfons mòvils acoblables al pavelló auricular.

La Teoria:

Els nanotubs de carboni van ésser introduïts en el camp científic el 1991 quan el físic japonès Sumio Iijima va anuniar el descobriment d’uns “tubs aciculars” de carboni a l’extremitat d’un elèctrode de grafit que emetien una descàrrega en arc lluminosa. Aquests nanotubs, amb una gran varietat de mides i formes (amb una, dos o múltiples capes, rectes curvilinis,..) mostraven unes propietats sorprenents com són la seva gran resistència a la tracció (deguda a la gran fortalesa de l’enllaç covalent entre àtoms de carboni) o la seva excel•lent conducció de l’electricitat (molt millors que el coure). Per totes aquestes propietats que presenten els nanotubs de carboni, Zettl va començar a treballar en la idea d’una nanoràdio formada per aquestes estructures tubulars.

Zettl va descobrir que si es fixava un nanotub per un extrem a una superfície vibraria quan una molècula es diposités sobre l’altre extrem (com si d’un trampolí de piscina olímpica es tractés) i que la freqüència de vibració del tub variaria amb la massa de la partícula. El punt clau per a la proposta de la construcció de la nanoràdio va ser quan Zettl va veure que algunes d’aquelles freqüències, amb què es podia fer vibrar un nanotub de carboni, incloïen les de la banda de radiodifusió comercial.

DSC00961

Amb un nanotub n’hi ha prou per realitzar totes les funcions ejecutades per nombrosos components en una ràdio convencional (macroscòpica). Les seves minúscules dimensions li permeten vibrar amb rapidesa en presència d’una senyal radiolèctrica. Aquesta nanoantena, connectada a un circuit elèctric, sintonitza, amplifica i separa la component d’àudio de la resta de la ona radiolèctrica. La petita i allargada molècula de carboni actua d’antena, amplificador, desmodulador i sintonitzador. Una convergència gairebé màgica. Finalment el contaelèctrode detecta les variacions en el corrent d’emissió per camp i transmet la informació d’audiofreqüència a un altaveu, que la converteix en ones sonores.

– L’experiment:

El gener de 2007 Zettl i el seu equip van posar la construcció de la nanoràdio en pràctica. Van muntar un nanotub de carboni multicapa sobre un elèctrode de silici, van situar un contraelèctrode a un micròmetre del seu extrem i van connectar ambdós elèctrodes mitjançant fil conductor. També van afegir una bateria de corrent contínua per crear un petit corrent d’emissió per camp elèctric entre l’extrem del nanotub i el contraelèctrode. Per tal de veure que succeïa durant una emissió de ràdio, efectuada desde una antena pròxima, van col•locar el dispositiu sencer dins d’un microscopi electrònic de transmissió d’alta resolució i van començar a emetre. La primera melodia que va rebre la nanoràdio de Zettl va ser Layla d’Eric Clapton. Amb el microscopi de transmissió Zettl i el seu grup van poder veure vibrar el nanotub de carboni al mateix temps que el sentien sonar. I ara nosaltres també podem viure aquesta experiència ja que, des del web del grup d’investigació de Zettl,  podem veure i escoltar la gravació, en format QuickTime, on els investigadors van documentar el procés sencer en àudio i vídeo. És el primer cop que veig un nanotub de carboni! i que n’escolto la música!

Ara se m’ha acudit buscar-la al youtube i l’he trobada! Ben mirat a aquest portal de vídeos hi pots trobar de tot…

Per acabar l’equip d’investigadors de Zettl també ha desenvolupat la tècnica per sintonitzar diferents freqüències en temps real, és a dir, “canviar d’emissora” mentre la ràdio funciona. Hi ha dues maneres possibles per sintonitzar una ràdio de nanotub. La primera és variant la seva longitud (la freqüència de vibració d’un nanotub varia en escurçar-lo tal i com com una corda de guitarra pinçada en diferents trasts, variant la seva longitud de lliure vibració, dóna diferents tons), fet que es pot aconseguir vaporitzant àtoms de carboni de l’extrem del nanotub. No obstant aquest canvi és irreversible. Una altra manera de sintonitzar la nanoràdio és mitjançant la variació de la intensitat del camp elèctric que s’aplica al nanotub (al modificar la intensitat del camp la nanoràdio respondrà a diferents freqüències de la banda radioelèctrica tal i com varia el to d’una corda de guitarra en funció de la tensió que se li doni).

Mirant cap al futur una de les aplicacions de la nanoràdio seria l’esperançadora administració de fàrmacs controlada per ràdio que acabaria amb el problema del tractament actual del càncer mitjançant la quimioteràpia intravenosa, on els agents químics que destrueixen les cèl•lules canceroses viatgen per la sang estenent-se per tot el cos i matant així també moltes cèl•lules sanes. Aquest és el problema de la no selectivitat del tractament per quimioteràpia el qual es podria solucionar, ara per ara és ciència ficció, injectant paquets que continguessin l’agent destructor de cèl•lules i una nanoràdio i dirigint-los molecularment cap a les cèl•lules canceroses. Un cop arribats a la diana tumoral s’enviarien uns senyals controlats per ràdio per provocar la descàrrega del fàrmac i destruir la cèl•lula malalta.

Aquest descobriment, la ràdio de nanotub, el trobo perfecte com a exemple per mostrar la bidimensionalitat de sentiments que provoca la ciència i els seus descobriments. Per una banda la seva màgia desperta la nostra curiositat (com la fabricació d’una ràdio més petita que una formiga!), aquesta visió de la ciència, si la sabem apreciar, és apassionant i per l’altra banda la millora en la nostra qualitat de vida (com per exemple aquesta possible administració selectiva de fàrmacs), i aquesta altra lectura de la ciència és emocionant.

2 thoughts on “Nanoràdios de carboni

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out / Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out / Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out / Canvia )

Google+ photo

Esteu comentant fent servir el compte Google+. Log Out / Canvia )

Connecting to %s