En la escala de lo muy pequeño, la física puede volverse peculiar. Un profesor de ingeniería biomédica de la Universidad de Michigan ha descubierto una nueva instancia de tal fenómeno a nanoescala, uno que podría conducir a un fenómeno más rápido, dispositivos de diagnóstico portátiles menos costosos y traspasan las fronteras en la construcción de dispositivos micromecánicos y de "laboratorio en un chip".

En nuestro mundo a macroescala, los materiales llamados conductores transmiten electricidad de manera efectiva y los materiales llamados aislantes o dieléctricos no lo hacen, a menos que sean sacudidos con un voltaje extremadamente alto. En tales circunstancias de "avería dieléctrica", como cuando un rayo golpea un tejado, el dieléctrico (el techo en este ejemplo) sufre daños irreversibles.

Este no es el caso a nanoescala, según un nuevo descubrimiento de Alan Hunt, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Biomédica. Hunt y su equipo de investigación pudieron hacer que una corriente eléctrica pasara de manera no destructiva a través de una astilla de vidrio, que no suele ser un director de orquesta.

Un artículo sobre la investigación se publicó recientemente en línea en Nanotecnología de la naturaleza .

"Esta es una nueva, fenómeno físico verdaderamente a nanoescala, ", Dijo Hunt." A mayor escala, no funciona. Obtienes calentamiento y daño extremos.

"Lo que importa es qué tan pronunciada es la caída de voltaje a lo largo de la distancia del dieléctrico. Cuando se baja a la nanoescala y se hace que el dieléctrico sea extremadamente delgado, puede lograr la avería con voltajes modestos que pueden proporcionar las baterías. No sufres el daño porque estás a una escala tan pequeña que el calor se disipa extraordinariamente rápido ".

Estas astillas dieléctricas a nanoescala conductoras son lo que Hunt llama electrodos de vidrio líquido, fabricado en el Centro U-M de Ciencia Óptica Ultrarrápida con un láser de femtosegundo, que emite pulsos de luz que son solo cuadrillonésimas de segundo de duración.

Los electrodos de vidrio son ideales para usar en dispositivos de laboratorio en un chip que integran múltiples funciones de laboratorio en un chip de solo milímetros o centímetros de tamaño. Los dispositivos podrían conducir a pruebas caseras instantáneas para detectar enfermedades, contaminantes alimentarios y gases tóxicos. Pero la mayoría de ellos necesitan una fuente de energía para funcionar, y en este momento dependen de cables para enrutar esta energía. A menudo es difícil para los ingenieros insertar estos cables en las pequeñas máquinas, Dijo Hunt.

"El diseño de los dispositivos de microfluidos está restringido debido al problema de energía, ", Dijo Hunt." Pero podemos mecanizar electrodos directamente en el dispositivo ".

En lugar de utilizar cables para enrutar la electricidad, El equipo de Hunt graba canales a través de los cuales el fluido iónico puede transmitir electricidad. Estos canales, 10 mil veces más delgado que el punto de esta "i, "físicamente sin salida en sus intersecciones con los canales de microfluidos o nanofluidos en los que se está realizando el análisis en el laboratorio en un chip (esto es importante para evitar la contaminación). Pero la electricidad en los canales iónicos puede atravesar el delgado vidrio callejón sin salida sin dañar el dispositivo en el proceso.

Este descubrimiento es el resultado de un accidente. Dos canales en un dispositivo nanofluídico experimental no se alinearon correctamente, Hunt dijo:pero los investigadores encontraron que la electricidad pasaba a través del dispositivo.

"Nos sorprendió esto, ya que va en contra del pensamiento aceptado sobre el comportamiento de los materiales no conductores, ", Dijo Hunt." Tras un estudio más detallado, pudimos comprender por qué podría suceder esto, pero solo a escala nanométrica ".

En cuanto a las aplicaciones electrónicas, Hunt dijo que el cableado necesario en los circuitos integrados limita fundamentalmente su tamaño.

"Si pudiera utilizar la ruptura dieléctrica reversible para trabajar a su favor en lugar de en su contra, que podría cambiar las cosas de manera significativa, "Dijo Hunt.