Imitando a las plaquetas para reparar microcircuitos

El dispositivo electrónico más sofisticado que pueda imaginarse puede dejar de funcionar solo con que se produzca una fisura microscópica en un conductor: una fisura demasiado pequeña como para verla y, si se consigue ver, para soldarla. En la naturaleza también nos encontramos con un problema similar, por ejemplo, cuando se rompe un capilar sanguíneo; en este caso la evolución ha encontrado la solución en las plaquetas, que detectan la rotura y bloquean la salida de sangre.

Como las plaquetas, encuentran la fisura y la reparan

Inspirándose en los principios generales de funcionamiento de las plaquetas, un equipo de investigadores encabezado por Jinxing Li, de la Universidad de California en San Diego, diseñó un sistema basado en nanomotores autopropulsados capaces de encontrar una fisura y repararla de forma autónoma, empleando para ello principios químicos muy simples.

Los nanomotores tienen un diseño tipo Jano, por el dios romano de dos caras. Se parte de una nanopartícula esférica de oro. Una mitad de la nanopartícula de oro está recubierta de platino que es capaz de catalizar la descomposición del peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) en disolución. Esta catálisis provoca la producción en la superficie de la nanopartícula de oxígeno molecular; esta emisión de gas actúa como propulsor de la nanopartícula en la disolución, con lo que explora la superficie de forma mucho más eficiente que si se desplazase tan solo en función del movimiento browniano.

Esto por lo que respecta al desplazamiento, pero, ¿cómo “detectan” las fisuras? La otra cara de la nanopartícula de oro está recubierta de octadecanotiol, que la convierte en compatible con el sustrato que está debajo de los electrodos de oro y que queda a la vista cuando se produce una fisura. En paralelo también favorece las interacciones entre distintos nanomotores.

Las fisuras son demasiado pequeñas para ser soldadas, tienen entre 0,5 y 2 micras

Para que el ajuste sea completo y la reparación efectiva el tamaño de las nanopartículas es crítico. Una fisura típica en un electrodo de un circuito microelectrónico tiene un tamaño que oscila entre las 0,5 y las 2 micras, un hueco al que las nanopartículas deben adaptarse para que puedan ser capturadas cuando pasan por encima de la superficie.

En los experimentos llevados a cabo por los investigadores, cuando una gota de disolución de peróxido de hidrógeno se deja caer sobre un electrodo de oro rayado, más de la mitad de las nanopartículas se terminan acumulando en los arañazos, restableciendo total o parcialmente el circuito.

Por otra parte comprobaron que el movimiento de las nanopartículas es el que asegura que las partículas se depositen en lugares distintos de la fisura. En los experimentos control los nanomotores sin peróxido de hidrógeno no consiguieron una buena reparación.

Esta forma de reparación parece prometedora especialmente para la electrónica que es difícil de reparar, como la de los paneles solares o la flexible, además de las baterías  de nueva generación.

Referencia: J. Li et al (2015) Self-Propelled Nanomotors Autonomously Seek and Repair Cracks Nano Letters DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b03140

* Este artículo es parte de ‘Proxima’, una colaboración semanal de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV con Next. Para saber más, no dejes de visitar el Cuaderno de Cultura Científica.