(PhysOrg.com) - Por primera vez, Un equipo de ingenieros químicos del MIT ha observado iones individuales que marchan a través de un diminuto canal de nanotubos de carbono. Dichos canales podrían usarse como detectores extremadamente sensibles o como parte de un nuevo sistema de desalinización de agua. También podrían permitir a los científicos estudiar reacciones químicas a nivel de una sola molécula.

Nanotubos de carbono:diminutos, cilindros huecos cuyas paredes son redes de átomos de carbono - son aproximadamente 10, 000 veces más delgado que un cabello humano. Desde su descubrimiento hace casi 20 años, los investigadores han experimentado con ellos como baterías, transistores, sensores y células solares, entre otras aplicaciones.

En la edición del 10 de septiembre de Ciencias , Los investigadores del MIT informan que las moléculas cargadas, como los iones de sodio y cloruro que se forman cuando la sal se disuelve en agua, no solo puede fluir rápidamente a través de nanotubos de carbono, pero también puede, bajo algunas condiciones, hazlo uno a la vez, como personas que se turnan para cruzar un puente. La investigación fue dirigida por el profesor asociado Michael Strano.

El nuevo sistema permite el paso de moléculas mucho más pequeñas, en distancias mayores (hasta medio milímetro), que cualquier nanocanal existente. En la actualidad, el nanocanal más comúnmente estudiado es un nanoporo de silicio, hecho perforando un agujero a través de una membrana de silicona. Sin embargo, Estos canales son mucho más cortos que los nuevos canales de nanotubos (los nanotubos son aproximadamente 20, 000 veces más), por lo que solo permiten el paso de moléculas grandes como el ADN o los polímeros; cualquier cosa más pequeña se movería demasiado rápido para ser detectada.

Strano y sus coautores, el reciente doctor Chang Young Lee, el estudiante graduado Wonjoon Choi y el asociado postdoctoral Jae-Hee Han - construyeron su nuevo nanocanal haciendo crecer un nanotubo en una placa de un centímetro por un centímetro, conectando dos reservorios de agua. Cada depósito contiene un electrodo, uno positivo y otro negativo. Debido a que la electricidad puede fluir solo si los protones, iones de hidrógeno cargados positivamente, que componen la corriente eléctrica - pueden viajar de un electrodo a otro, los investigadores pueden determinar fácilmente si los iones viajan a través del nanotubo.

Descubrieron que los protones fluyen de manera constante a través del nanotubo, llevando una corriente eléctrica. Los protones fluyen fácilmente a través del nanocanal porque son muy pequeños, pero los investigadores observaron que otros iones cargados positivamente, como el sodio, también puede pasar, pero solo si se aplica suficiente campo eléctrico. Los iones de sodio son mucho más grandes que los protones, por lo que tardan más en cruzar una vez que entran. Mientras viajan por el canal, bloquean el flujo de protones, lo que lleva a una breve interrupción de la corriente conocida como efecto Coulter.

Strano cree que los canales solo permiten que fluyan iones cargados positivamente a través de ellos porque los extremos de los tubos contienen cargas negativas. que atraen iones positivos. Sin embargo, planea construir canales que atraigan iones negativos agregando cargas positivas al tubo.

Una vez que los investigadores tengan estos dos tipos de canales, esperan incrustarlos en una membrana que también pueda utilizarse para la desalinización de agua. Más del 97 por ciento del agua de la Tierra está en los océanos, pero ese vasto depósito no se puede beber a menos que se elimine la sal. Los métodos actuales de desalación, destilación y ósmosis inversa, son costosos y requieren mucha energía. Por lo tanto, una membrana de nanotubos que permita que los iones de sodio y cloruro (que están cargados negativamente) fluyan fuera del agua de mar podría convertirse en una forma más barata de desalinizar el agua.

Este estudio marca la primera vez que se observan iones individuales disueltos en agua a temperatura ambiente. Esto significa que los nanocanales también podrían detectar impurezas, como arsénico o mercurio, en agua potable. (Los iones se pueden identificar por el tiempo que tardan en cruzar el canal, que depende de su tamaño). "Si un solo ión de arsénico flota en una solución, podrías detectarlo, ”Dice Strano.