Se doblan, pero no se rompen
Un dispositivo que mide presión y campo magnético, y está compuesto por un material orgánico, flexible, con pequeñas partículas que conducen la electricidad, fue desarrollado por investigadores de Exactas-UBA. Puede sumergirse en un líquido y medir altas presiones, por ejemplo, en un pozo de petróleo. La patente está en trámite en el CONICET.
Los materiales con los que se fabrican los sensores están formados por dispersiones de partículas inorgánicas en un polímero orgánico elástico (llamado elastímero). Foto: Diana Martinez Llaser.
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Los sensores, dispositivos que pueden detectar o medir temperatura, intensidad de luz, presión, o campo magnético, entre otras magnitudes físicas, cumplen un rol relevante en procesos industriales, o en la exploración de pozos de petróleo. En general, se fabrican con metal, que es un buen conductor de la electricidad, pues lo que hace un sensor es transformar una magnitud física en una señal eléctrica que pueda ser medida. Pero ¿es posible desarrollar sensores con materiales orgánicos, por ejemplo, un polímero?
Esa es la pregunta que se hizo Martín Negri, investigador en el Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente y Energía (INQUIMAE) del CONICET en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA. Luego de mucho trabajo, con su equipo logró obtener un sensor de presión y campo magnético, que se compone de una matriz de un material orgánico en cuyo interior posee pequeñas partículas magnéticas, recubiertas de metal. La particularidad de este dispositivo es que, a diferencia de los sensores tradicionales, puede sumergirse en un líquido. Y ya tiene una patente en trámite.
“El objetivo fue usar materiales biocompatibles, que no estén basados exclusivamente en tecnología del silicio o de metal”, relata Negri, que también es profesor en Exactas-UBA. La filosofía que subyace a este trabajo es hacer ciencia básica pero, al mismo tiempo, lograr un producto tecnológico.
Mariano Ruiz, José Luis Mietta, Martín Negri y Leila Saleh Medina.
Partículas alineadas
Lo que hicieron los investigadores que conforman el equipo de Negri fue colocar, dentro de una matriz de un polímero orgánico, un pequeño número de partículas que son, en forma simultánea, magnéticas y conductoras de la electricidad. Al ser magnéticas, las partículas pudieron ser orientadas en una cierta dirección dentro del polímero. De este modo, obtuvieron una matriz orgánica, biocompatible, con partículas conductoras en su interior.
Esas partículas, que son magnéticas y están recubiertas de plata, pueden alinearse dentro del polímero con la ayuda de un campo magnético. Lo hacen del mismo modo en que una brújula sigue al campo magnético terrestre. El número de partículas es pequeño, de modo que la mayor parte del dispositivo sea de material orgánico.
Los investigadores trabajan con el polímero en estado líquido, y allí disuelven las partículas. Luego, mediante temperatura, ese polímero se endurece, y adquiere una consistencia parecida a la de una goma de borrar. Además, durante dicho proceso, las partículas se alinean pues se aplica un campo magnético, ya sea con imanes potentes o electromagnetos. “El producto final es un material flexible y, cuando se lo comprime, las partículas se acercan más entre ellas y conducen más electricidad, es decir, a mayor presión, mayor conducción (piezorresistencia), entonces tenemos un sensor de presión”, afirma Negri.
Por otra parte, si se mantiene la presión fija y se expone el material a un campo magnético que se quiera medir, se produce un fenómeno que consiste en que, a medida que aumenta el campo magnético, la resistencia eléctrica disminuye, es decir, se incrementa la conducción de electricidad (magnetorresistencia). De este modo, el sensor puede medir dos parámetros: presión y campo magnético.
Aplicaciones
Con el sensor de polímero se pueden medir altas presiones, por ejemplo, en pozos de petróleo. También se pueden medir presiones más pequeñas, por ejemplo, en el organismo.
Las partículas conductoras deben ser nanopartículas, pues si tienen un tamaño mayor, no responden del mismo modo a los estímulos externos, explica Negri, y agrega: “Es un trabajo interdisciplinario, en el que participan diferentes laboratorios de la Facultad”. Así, además José Luis Mietta, que realiza su tesis doctoral dirigido por Negri, es coautor de la patente Guillermo Jorge, del Laboratorio de Bajas Temperaturas, del Departamento de Física. Otros estudios se hacen en colaboración con Oscar Pérez, del Departamento de Industrias, Pablo Tamborenea, del Departamento de Física y Norma D’Accorso y Mirta Fazio, del Departamento de Química Orgánica, todos de Exactas-UBA. Asimismo, el trabajo forma parte de las tesis doctorales de Leila María Saleh Medina y Mariano Manuel Ruiz, en Exactas-UBA.
El sensor desarrollado en Exactas forma parte de lo que se conoce como “materiales inteligentes estructurados”, nuevos materiales que combinan lo inorgánico y lo orgánico. En esa línea, se encuentra lo que se denomina electrónica flexible, y una de sus metas es desarrollar conectores flexibles, por ejemplo, circuitos electrónicos o teléfonos celulares que se puedan “doblar”. Claro, todavía queda un largo camino para alcanzar esa meta.
Negri comenta: “Niels Bohr decía que, cuando hay un problema muy difícil, lo que se hace es dar pasos hacia esa resolución, pasos que tal vez no sean coherentes entre sí. Pero lo importante era, para él, explicitar esa incoherencia, de manera de poder ir avanzando”. Para el físico danés, que obtuvo el premio Nobel en 1922, lo fundamental no era tanto alcanzar un resultado “final”, sino poder profundizar los temas y formular, siempre, nuevas preguntas. Según León Rosenfeld, discípulo de Bohr, “los resultados alcanzados eran para él solamente punto de partida para ulteriores investigaciones”. Y Negri concluye: “He observado que cuando se parte de ciencia básica con la meta puesta en aplicaciones concretas, pocas veces el ‘producto’ final es el imaginado en el comienzo. Seguramente se obtendrán otros productos o conocimientos, y, además, recorrer el proceso nos llevará a plantearnos nuevas preguntas de donde surgirán nuevas investigaciones”.
