Alguna vez se preguntó: "¿Qué es lo más liviano que podemos pesar con precisión?" La respuesta depende de lo que quieras pesar. En principio, se puede registrar con precisión el peso de tan poco como un zeptogramo, 10-21 gramos. Para llegar a esta exactitud la condición es que debe pesarse en el vacío, lo que en sí mismo plantea bastantes problemas.
En un intento de reconciliar algunos de estos problemas, un equipo del MIT desarrolló en el 2007 una báscula para medir masas extremadamente pequeñas, lo suficientemente precisa para pesar células individuales. En los zeptogramos, las células individuales se cuentan por millones, por lo que los investigadores tuvieron que empezar con femtogramos; una resolución de 10-15 gramos. Más recientemente ha habido algunas mejoras, pero siguiendo con el mismo diseño, ahora es posible pesar los virus vivos hasta 0.85 attogramos, 0.85 x 10-18 gramos, que es menos de una millonésima de billonésima de gramo.
Primero, un descargo de responsabilidad: a pesar de las referencias al peso de este artículo, en realidad estamos hablando de masa. Tendemos a usar las dos palabras indistintamente, pero no son lo mismo. La masa es una constante; un kilo en la Tierra pesa, por supuesto, un kilo. Sin embargo, acostumbramos es a pesar los objetos y lo que en realidad medimos es la fuerza, que es la masa multiplicada por la intensidad del campo gravitacional de la Tierra, en este caso 9,8 Newtons aproximadamente. Un kilo será ingrávido en el espacio exterior y muchísimo más pesado en Júpiter, pero sigue siendo la misma masa.
Si se arroja un ladrillo horizontalmente, la fuerza resultante del impacto se debe a la inercia, la masa del ladrillo multiplicado por la aceleración (desaceleración como lo ve nuestra intuición). Esta fuerza es la misma en cualquier lugar, siempre que se pueda ignorar la gravedad en la ecuación, el peso no tiene importancia.
Los investigadores que han creado el dispositivo para pesar células. En realidad, tomaron prestada la idea del sistema más antiguo que, a pesar de su increíble resolución, es completamente inadecuado para los seres vivos, girando todo en torno a la resonancia. Para hacerse una idea, imagine una cuerda de guitarra: si se pulsa la cuerda, vibrará a una determinada frecuencia; una cierta nota. Esta es la frecuencia de resonancia a la que la cuerda vibrará naturalmente si nada lo interfiere. A continuación, imagine que se acopla una pequeña masa a la cuerda, pero nada más cambia. Debido a una mayor inercia, la frecuencia de resonancia de la cuerda ha cambiado, ahora tocará una nota ligeramente diferente. Este cambio de frecuencia está directamente relacionado con la masa extra añadida a la cuerda de la guitarra, por lo que cualquiera que conozca los detalles de la cuerda puede calcularlo.
Los sistemas desarrollados en el MIT utilizan un pequeño voladizo de silicio en lugar de una cuerda; algo que se parece un poco a un trampolín, solo que mucho más pequeño (ver imagen). Los autores del estudio utilizaron una 'placa' de solo 50 micrones de largo, lo que produjo una resolución impresionante de 77 attogramos. La última investigación en el campo ha reducido a más de la mitad esta longitud a 22,5 micrones, produciendo un aumento de 30 veces en la sensibilidad.
Para explicarlo, volvamos a la analogía de la guitarra. Si sobre la cuerda de la guitarra se posa una oruga, al tocar la cuerda es posible que notes el cambio del sonido y encuentre una diferencia medible en la frecuencia ya que la criatura es relativamente pesada. Si en su lugar una pulga se hubiera posado sobre la cuerda de la guitarra, y se toca la cuerda, simplemente el sonido será el mismo estando la cuerda sin nada posado. Es simplemente demasiado ligera la pulga, en comparación con la cuerda, para marcar una diferencia lo suficientemente grande. Entonces, si tuviéramos que medir la masa de una pulga de esta manera, necesitamos una guitarra más pequeña, con cuerdas más livianas que vibren a frecuencias más altas. Como referencia, la pulga promedio pesa alrededor de 0.1 gramos, o 100 millones de billones de attogramos.
En el sistema original, trabajando en vacío, una muestra se coloca "simplemente" en el extremo del voladizo y se pesa. El que haya vacío es importante ya que, a esta escala la densidad del aire afectaría la lectura. Lo que hicieron los ingenieros del MIT fue tomar un voladizo similar, pero se construyó un canal de una micra de ancho y en forma de horquilla en su interior. Luego, las partículas pequeñas simplemente se suspenden en líquido y se bombean a través de la micro tubería donde se pesarán a medida que giran alrededor de la curva en la punta del voladizo; a esto lo llaman Resonador de nanocanales suspendido (SNR).
El voladizo aún vibra en el vacío, pero las muestras frágiles no estarán expuestas a él. Como el canal está encerrado dentro del voladizo, las muestras están seguras bajo presión atmosférica normal. Por tanto, las membranas celulares no se romperán debido a la presión interna y los líquidos no se evaporarán en el vacío presente externamente. Este enfoque también tiene la ventaja adicional de que puede medir muestras con bastante rapidez desde 4 a 5 por segundo, según sus experimentos. Donde antes se tenía que colocar una muestra en la punta del voladizo, ahora simplemente conduce el flujo hasta el final y viceversa.
Normalización en nanotecnología
En el contexto de la metrología de lo nano, para cerrar brechas normativas en Chile, en el INN se estudiarán una serie de normas relacionadas con nanotecnologías.
Este cierre de brechas, será un proceso paulatino y que inicialmente consistirá en 7 proyectos de Normas Chilenas que seguirán el proceso de Consulta Pública. A continuación y de manera general, se especifica una descripción de sus alcances para cada una de las normas incluidas en esta iniciativa.
1.-prNCh3722/1 Nanotecnologías - Vocabulario - Parte 1: Términos básicos
Este estudio tiene como documento base la Norma Internacional ISO/TS 80004-1:2015 Nanotechnologies — Vocabulary — Part 1: Core Terms
Aquí se definen vocabulario y definiciones relacionados con términos básicos en el campo de las nanotecnologías. El objetivo de esta norma técnica será facilitar las comunicaciones entre organizaciones e individuos de la industria y aquellos que interactúan con ellos.
2.- prNCh3722-2 Nanotecnologías - Vocabulario - Parte 2: Nanobjetos
En este proyecto de norma técnica se tendrá como documento base la Norma Internacional ISO/TS80004-:2015. Nanotechnologies — Vocabulary — Part 2: Nano-Objects
En este documento se definirán los términos y definiciones relacionados con las partículas en el campo de las nanotecnologías.
3.-prNCh3722-6 Nanotecnologías - Vocabulario - Parte 6: Caracterización de nanoobjetos
Su base normativa consistirá en la Norma Internacional ISO/TS 80004-6:2013. Nanotechnologies — Vocabulary — Part 6: Nano-Object Characterization
Esta norma técnica definirá términos y definiciones relevantes para la caracterización de nanoobjetos.
4.-NCh3722-8 Nanotecnologías - Vocabulario - Parte 8: Procesos de nanofabricación
Proyecto de norma que tiene como base la Norma Internacional ISO/TS 80004-8:2013. Nanotechnologies — Vocabulary — Part 8: Nanomanufacturing Processes
Este documento pondrá a disposición términos y definiciones relacionados con los procesos de nanofabricación en el campo de las nanotecnologías. Forma parte de la documentación de terminología y definiciones de varias partes que cubren los diferentes aspectos de las nanotecnologías.
5.-prNCh3722-11 Nanotecnologías - Vocabulario – Parte 11 Nanocapa, nanorevestimientos, nanofilm y términos relacionados
Este documento técnico tendrá como base la Norma Internacional ISO/TS 80004-11:2017 Nanotechnologies — Vocabulary — Part 11: Nanolayer, Nanocoating, Nanofilm, And Related Terms
Se definirán los términos y definiciones, y especificará un marco de terminología taxonómica extensible para nanocapas, nanorevestimientos, nanofilms y términos relacionados en el campo de las nanotecnologías.
6.-prNCh3723 Nanotecnologías - Metodología para la clasificación y categorización de nanomateriales
El proyecto de norma técnica a presentar tiene como documento base la Norma Internacional ISO/TR 11360:2010 Nanotechnologies — Methodology For The Classification And Categorization Of Nanomaterials
En esta norma se describirá un sistema de clasificación, denominado "nanoárbol", sobre cuya base se pueden clasificar una amplia gama de nanomateriales, incluidos nanoobjetos, nanoestructuras y nanocompuestos de diversas dimensiones, diferentes propiedades físicas, químicas, magnéticas y biológicas.
7.-prNCh3724 Nanotecnologías - Prácticas de salud y seguridad en entornos laborales
Por último, se tiene en este conjunto de proyectos de normas, el documento basado en la Norma Internacional ISO/TR 12885:2018 Nanotechnologies — Health And Safety Practices In Occupational Settings
En esta norma técnica describirá las prácticas de salud y seguridad en entornos laborales relevantes para las nanotecnologías. Este documento se centra en la fabricación y el uso ocupacional de nanoobjetos manufacturados y sus agregados y aglomerados superiores a 100 nm (NOAA). No aborda cuestiones o prácticas de salud y seguridad asociadas con los NOAA generados por procesos naturales, procesos calientes y otras operaciones estándar que generan involuntariamente NOAA o posibles exposiciones o usos de los consumidores, aunque parte de la información de este documento puede ser relevante para esas áreas.
Para obtener antecedentes sobre nuevos proyectos de normas en periodo de Consulta Pública de esta área u otras de su interés, puede visitar nuestra plataforma web http://www.consultapublica.cl/ donde es posible que se inscriba y participe en los estudios de normas.
