Generar electricidad a partir de sonido

Unos ingenieros han ideado un sistema para manipular suavemente nanopartículas biológicas de unos pocos nanómetros de tamaño utilizando campos eléctricos inducidos por el sonido.

Controlar con precisión las nanopartículas es una capacidad crucial para muchas tecnologías emergentes. Por ejemplo, la separación de exosomas y otras moléculas biológicas diminutas de la sangre podría conducir a nuevos tipos de pruebas de diagnóstico para la detección temprana de tumores y enfermedades neurodegenerativas. La colocación de nanopartículas de ingeniería en un patrón específico antes de fijarlas en su lugar puede ayudar a crear nuevos tipos de materiales con propiedades altamente sintonizables.

Durante más de una década, Tony Jun Huang, de la Universidad Duke en Estados Unidos, ha trabajado en el desarrollo de sistemas de pinzas acústicas que utilizan ondas sonoras para manipular partículas. Sin embargo, resulta difícil empujar las cosas con el sonido cuando su tamaño es inferior al de algunos de los virus más pequeños.

"Aunque seguimos utilizando fundamentalmente el sonido, nuestras nanopinzas acusticoelectrónicas utilizan un mecanismo muy diferente al de estas tecnologías anteriores", explica Joseph Rufo, de la citada universidad y miembro del equipo de investigación. "Ahora no solo nos valemos de las ondas acústicas, sino también de campos eléctricos con las propiedades de ondas acústicas".

En vez de utilizar las ondas sonoras para mover directamente las nanopartículas, el equipo, que también incluye, entre otros, a Peiran Zhang de la Universidad Duke, utiliza las ondas sonoras para crear campos eléctricos que proporcionen el empuje. El nuevo método de pinzas acusticoelectrónicas funciona colocando un sustrato piezoeléctrico (un material fino que crea electricidad en respuesta a la tensión mecánica) debajo de una pequeña cámara llena de líquido. En los laterales de la cámara hay cuatro transductores que envían ondas sonoras al sustrato piezoeléctrico.

Estas ondas sonoras rebotan e interactúan entre sí de tal modo que crean un patrón estable. Y como las ondas sonoras producen tensiones en el sustrato piezoeléctrico, también generan campos eléctricos. Estos se acoplan con las ondas acústicas de forma que crean patrones de campo eléctrico dentro de la cámara superior.

Este nuevo dispositivo biomédico manipula partículas con tamaños de unos pocos nanómetros mediante campos eléctricos inducidos por el sonido. (Imagen: Peiran Zhang, Duke University)

"Las vibraciones de las ondas sonoras también hacen que el campo eléctrico alterne dinámicamente entre cargas positivas y negativas", explica Zhang. "Este campo eléctrico alterno polariza las nanopartículas en el líquido, lo que ayuda a manipularlas". (Fuente: NCYT de Amazings)