Científicos observan iones individuales fluyendo por un canal diminuto de nanotubos

Los nanotubos de carbono -diminutos cilindros cuyas pardes son átomos de carbono- son unas 10.000 veces más delgados que un cabello humano. Desde que se descubrieron hace 20 años, los investigadores experimentaron con ellos como baterías, transistores, sensores y células solares entre otras aplicaciones.

En el número del 10 de septiembre se publicó en Science que unos investigadores del MIT descubrieron que moléculas cargadas, como el sodio y los iones cloro que se forman cuando la sal se disuelve en agua, no pueden fluir a gran velocidad a través de nanotubos de carbono, pero sí que pueden, bajo ciertas condiciones, ir de uno en uno, como personas que cruzan un puente por turnos. La investigación estuvo liderada por el profesor asociado Michale Strano.

Nanotubo de Carbono. Wikipedia.

Nanotubo de Carbono. Wikipedia.

El nuevo sistema permite el paso de moléculas mucho más pequeñas, a través de grandes distancias (hasta medio milímetro), que cualquier nanocanal hasta ahora. Actualmente, el nanocanal más estudiado es el de nanoporos de silicio, que se consigue al realizar agujeros en una membrana de silicio. Sin embargo, estos canales son mucho más cortos que los que se acaban de descubrir (unas 20.000 veces más pequeños), por lo que sólo permiten el paso de grandes moléculas como los polímeros o las moléculas de ADN -cualquier otra cosa se movería demasiado rápido como para poder ser detectado.

Strano y sus compañeros construyeron su nuevo nanocanal haciendo crecer un nanotubo a lo largo de una placa de 1cmx1cm, conectada con dos tanques de agua. Cada tanque contiene un electrodo, uno positivo y otro negativo. Dado que la electricidad sólo fluye si los protones pueden ir de un electrodo a otro, los investigadores pueden determinar fácilmente si los iones están pasando por el nanotubo.

Descubrieron que los protones fluyen de forma estacionaria a través del nanotubo, llevando una corriente eléctrica. Los protones fluyen fácilmente porque son muy pequeños, pero los investigadores observaron que otros iones positivos como el sodio también pueden pasar sólo cuando hay un campo eléctrico. Los iones sodio son protones mucho más grandes, así que tardan el doble en pasar. Mientras pasan por el canal, bloquean el flujo de otros protones, con lo que se interrumpe la corriente por un efecto conocido como efecto Coulter.

Strano cree que los canales sólo permiten pasar iones cargados positivamente porque en los extremos de los tubos hay cargas negativas, que atraen iones positivos. Sin embargo, planea construir canales que atraigan iones negativos añadiendo cargas positivas al tubo.

Una vez que los investigadores tengan estos dos tipos de canales, esperan instalarlos en una membrana que podría utilizarse para desalinizar el agua. Más del 97% del agua de la Tierra está en los océanos, pero ese agua no es bebible a menos que se le elimine la sal. Los métodos actuales de desalinización, destilación y ósmosis inversa son muy caros y requieren grandes cantidades de energía. Por lo tanto, una membrana de nanotubo que permita tanto a los iones de sodio como a los de cloro (cargados negativamente) fluir fuera del agua del mar podría ser una forma muy barata de desalinizar el agua.

El estudio es el primero en el que se consiguen observar iones disueltos a temperatura ambiente. Esto quiere decir que los nanocanales podrían detectar también impurezas, como arsénico o mercurio, en el agua potable. “Si hay un sólo ion de arsenio en la solución podrías detectarlo”, aseguró Stano.

Este artículo ha sido traducido de Physorg y publicado bajo licencia CC by-sa

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