Una nanoradio (también llamada radio de nanotubos de carbono) es una nanotecnología que actúa como un transmisor y receptor de radio mediante el uso de nanotubos de carbono . Uno de los primeros nanoradios fue construido en 2007 por investigadores de Alex Zettl en la Universidad de California, Berkeley, donde transmitieron con éxito una señal de audio. [1] Debido al pequeño tamaño, las nanoradios pueden tener varias aplicaciones posibles, como la función de radio en el torrente sanguíneo. [2]
Historia
La primera observación de una nanoradio puede acreditarse a un físico japonés Sumio Iijima en 1991 que vio una "descarga luminosa de electricidad" proveniente de un nanotubo de carbono en un electrodo de grafito. [2] El 31 de octubre de 2007, un equipo de investigadores de Alex Zettl en la Universidad de California, Berkeley creó una de las primeras nanoradios. [1] Su experimento consistió en colocar un nanotubo multicapa sobre un electrodo de silicio y conectarlo a un contraelectrodo a través de un cable y una batería de CC. Tanto el electrodo como el nanotubo también se colocaron en un vacío de aproximadamente 10-7 Torr . [3] Luego colocaron el aparato en un microscopio electrónico de transmisión de alta resolución para documentar el movimiento del nanotubo. Observaron la vibración de la nanoradio y transmitieron una canción llamada "Layla" de Eric Clapton. [4] Después de algunos ajustes menores, el equipo pudo transmitir y recibir señales desde un par de metros a través del laboratorio; [2] sin embargo, las recepciones de audio iniciales de la radio eran ásperas, lo que Zettl creía que se debía a la falta de un mejor vacío. [1]
Propiedades
El pequeño tamaño, aproximadamente 10 nanómetros de ancho y cientos de nanómetros de largo, y la composición de las nanoradios proporcionan varias propiedades distintas. El pequeño tamaño de las nanoradios permite que los electrones pasen sin mucha fricción, lo que las convierte en conductores eficientes. Las nanoradios también pueden venir en diferentes tamaños; pueden ser de pared doble, triple y multipared. Aparte de los diferentes tamaños, las nanoradios también pueden tomar diferentes formas, como dobladas, rectas o toroidales . Lo común entre todos los nanoradios es lo relativamente fuertes que son. La resistencia se puede atribuir a la fuerza de los enlaces entre los átomos de carbono. [2]
Función
Las partes fundamentales de una radio son la antena, el sintonizador, el demodulador y el amplificador. Los nanotubos de carbono son especiales porque pueden funcionar como estas partes sin la necesidad de circuitos adicionales.
Antena
La nanoradio es lo suficientemente pequeña para que las señales electromagnéticas hagan vibrar mecánicamente la nanoradio. La nanoradio actúa esencialmente como una antena al vibrar con la misma frecuencia que la señal de las ondas electromagnéticas entrantes; esto contrasta con las antenas de radio tradicionales, que generalmente son estacionarias. [3] El nanotubo puede vibrar en altas frecuencias, desde "miles a millones de veces por segundo". [1]
Sintonizador
La nanoradio también puede funcionar como un sintonizador al extender o reducir la longitud del nanotubo; al hacerlo, cambia la frecuencia de resonancia a la que vibra, lo que permite que la radio sintonice frecuencias específicas. La longitud del nanotubo se puede extender tirando de la punta con un electrodo positivo y se puede acortar quitando los átomos de la punta. [1] En consecuencia, cambiar la longitud es permanente y no se puede revertir; sin embargo, el método de variación del campo eléctrico también puede afectar la frecuencia a la que responde la nanoradio sin ser permanente. [2]
Amplificador
Como beneficio del tamaño microscópico y la forma de aguja, la nanoradio funciona naturalmente como un amplificador . La nanoradio exhibe emisión de campo , en la que un pequeño voltaje emite un flujo de electrones; debido a esto, una pequeña onda electromagnética produciría un gran flujo de electrones, amplificando la señal. [2]
Demodulador
La demodulación es esencialmente la separación de la señal de información de la onda portadora. Cuando la nanoradio vibra en sincronía con la onda portadora, la nanoradio responde solo a la señal de información e ignora la onda portadora ; y así, la nanoradio puede actuar como un demodulador sin la necesidad de circuitos. [2]
Aplicación médica
Actualmente, la quimioterapia utiliza sustancias químicas que dañan no solo las células cancerosas, sino también las sanas, ya que se introducen en el torrente sanguíneo. Las nanoradios se pueden usar para prevenir daños a las células sanas comunicándose de forma remota con la radio para liberar medicamentos y apuntar específicamente a las células cancerosas. Las nanoradios también se pueden inyectar en células individuales para liberar ciertas sustancias químicas, lo que permite la reparación de células específicas. [2] Las nanoradios también se pueden utilizar para controlar los niveles de insulina de los pacientes con diabetes y utilizar esa información para liberar un fármaco o una sustancia química. [5]
Complicaciones
La implantación de nanoradios en el cuerpo actualmente no es factible debido a la disipación de energía. La nanoradio irradia aproximadamente 4,5 x 10 −27 W de potencia electromagnética; sin embargo, gran parte de este poder se perdería al atravesar el cuerpo. La cantidad de entrada de energía se puede aumentar, pero generaría demasiado calor en el cuerpo, lo que representaría un riesgo para la seguridad. Otros problemas incluyen la dificultad de construir una nanoradio debido a su tamaño de nanoescala, que requiere modelos cuánticos y precisión para fabricar. [6]
Referencias
- ^ a b c d e "31/10/2007 - Un solo nanotubo hace la radio más pequeña del mundo" . www.berkeley.edu . Consultado el 5 de noviembre de 2016 .
- ^ a b c d e f g h Regis, Ed (1 de enero de 2009). "La radio más pequeña del mundo". Scientific American . 300 (3): 40–45. Código Bibliográfico : 2009SciAm.300c..40R . doi : 10.1038 / scientificamerican0309-40 . PMID 19253772 .
- ^ a b "Radio de nanotubos" (PDF) . K. Jensen, J. Weldon, H. García y A. Zettl.
- ^ Chemistry World (2007-11-01), Radio de un solo nanotubo real reproduce a Layla , consultado el 24 de octubre de 2016
- ^ Service, Robert F. "TR10: NanoRadio - MIT Technology Review" . Revisión de tecnología del MIT . Consultado el 5 de noviembre de 2016 .
- ^ Díaz, RE; Sebastián, T. (18 de diciembre de 2013). "Límites electromagnéticos a la telemetría neuronal de radiofrecuencia (RF)" . Informes científicos . 3 : 3535. Código Bibliográfico : 2013NatSR ... 3E3535D . doi : 10.1038 / srep03535 . ISSN 2045-2322 . PMC 3866607 . PMID 24346503 .