Un equipo de investigación coreano ha desarrollado una tecnología que permite el control eficaz de partículas finas y nanoplásticos, que son las principales causas de toxicidad humana y alteraciones de los ecosistemas. Esta tecnología, que permite la clasificación en tiempo real, purificación, y la concentración de nanopartículas invisibles para el ojo humano tiene una gran aplicación potencial, no solo para la eliminación de partículas tóxicas del entorno natural, sino también para eliminar virus y detectar proteínas relacionadas con la demencia y marcadores de diagnóstico de cáncer. Debido a su amplia gama de aplicabilidad, esta tecnología está atrayendo mucha atención en los círculos científicos y académicos.

El equipo de investigación dirigido por el Dr. Yong-sang Ryu del Centro de Investigación del Sistema de Sensores en la División de Investigación de la Agenda Nacional del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST), trabajando con un equipo dirigido por el Dr. Sin-Doo Lee del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad Nacional de Seúl, anunció el desarrollo de un electrodo nanogap capaz de capturar partículas flotantes ultrafinas tan pequeñas como 20 nanómetros (nm, 1/1000 del grosor de un cabello humano). El equipo de investigación utilizó el electrodo recientemente desarrollado en experimentos exitosos de concentración y posicionamiento selectivo para vesículas extracelulares (exosomas), que tienen potencial en el campo del desarrollo de fármacos y como nuevos marcadores de diagnóstico para proteínas relacionadas con el cáncer y la demencia.

Investigadores de todo el mundo están buscando técnicas para manipular partículas de tamaño nanométrico sin dañarlas. La tecnología de pinzas ópticas, que recibió el Premio Nobel de Física en 2018, es representativo de tales tecnologías. Sin embargo, Ha resultado difícil ir más allá de la manipulación / medición del nivel de partículas individuales y realizar una comercialización a gran escala. Los investigadores se han encontrado repetidamente con limitaciones técnicas en los mecanismos de escalado para recopilar, clasificación, purificar y concentrar partículas que tengan un tamaño de 100 nm o menos; sin embargo, estos mecanismos son necesarios para funcionar en entornos atmosféricos y acuáticos a gran escala.

El equipo de investigación conjunto de KIST-SNU, a través de la producción de dispositivos a escala centimétrica para experimentos de concentración y purificación de partículas, pudo superar estas limitaciones y amplió con éxito los electrodos nanogap intercalando una película aislante a nanoescala entre dos electrodos en una alineación vertical, permitiendo que la tecnología de pinzas dielectroforéticas se aplique a grandes áreas. La dielectroforesis es una tecnología en la que se aplican longitudes de onda que vibran de varios cientos a varios miles de veces por segundo a dos electrodos para formar una distribución de campo eléctrico no uniforme alrededor de los electrodos. Luego, los electrodos se utilizan para atraer o repeler partículas en las proximidades de los nanogaps.

El equipo de investigación conjunto realizó experimentos para encontrar tecnologías que pudieran utilizar procesos de semiconductores disponibles universalmente en lugar de equipos costosos existentes. Durante el proceso del experimento, El equipo descubrió que la fuerza dielectroforética producida por los electrodos en una matriz vertical asimétrica dispuesta por electrodos era más de 10 veces mayor que la de una matriz nanogap alineada horizontalmente convencional. Este descubrimiento resolvió simultáneamente los problemas de ampliación y redujo los costos asociados con la tecnología nanogap. Usando el método de producción de matriz de electrodos horizontal convencional, es bastante caro producir suficientes electrodos nanogap para cubrir el área de una uña. La nueva tecnología de dielectroforesis produce suficientes electrodos nanogap para cubrir el área de un disco LP a una fracción del costo.

La tecnología de nanogap vertical desarrollada por el equipo de investigación de KIST permite ampliar la tecnología de electrodos de nanogap, producir electrodos nanogap en numerosas formas y tamaños, y reduce radicalmente los costes unitarios de producción. Como tal, la tecnología tiene una amplia gama de aplicaciones potenciales. Según el equipo de investigación, cuando se usa en filtros de aire o agua, los electrodos nanogap pueden funcionar a bajo voltaje (como el de una pila AA ordinaria) para detectar y eliminar, en tiempo real, Varias partículas flotantes microscópicas como polvo fino, nanoplásticos, virus gérmenes y bacterias.

Dr. Eui-Sang Yu, el autor principal del estudio, dijo, "El logro tiene una aplicación futura para la clasificación y purificación de nanopartículas, independientemente del tipo de partícula o del medio ambiente ".

Dr. Yong-Sang Ryu del KIST, el autor correspondiente del estudio, adicional, "Esperamos que el estudio pueda hacer amplias contribuciones para resolver varios problemas sociales y mejorar la calidad general de la vida humana".