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Se ha conseguido alcanzar un rendimiento del 75% en el proceso de creación del material

Puntos cúanticos de grafeno: los nuevos “todo en uno” contra el cáncer, la falsificación o el deterioro del agua

Desde muy antiguo la humanidad ha tenido una obsesión recurrente: poder controlarlo todo con una sola cosa. ¿Cómo sería que el bálsamo de Fierabrás funcionara de verdad y curara todos los males? ¿O que existiera esa piedra filosofal que transforma todos los metales en oro? Hasta la idea del anillo único, que gobierna a todos los demás, responde a esa misma idea. Hoy, quizá, ese elemento “milagroso” sería el grafeno. La diferencia con todo lo demás es que el bálsamo de Fierabrás. la piedra filosofal y el anillo único son ficciones, pero el grafeno es una realidad que podría, realmente, ser la clave universal para solucionarlo todo… o casi todo.

Conforme se avanza en el conocimiento de las virtudes de este material, más posibilidades se abren a desarrollo de aplicaciones prácticas que van desde cosas tan vitales como la lucha contra el cáncer hasta otras más domésticas como la eficacia de los detergentes. El potencial del grafeno no se ha terminado de desvelar, y puede traernos todavía muchas sorpresas. La empresa australiana Dotz Nano, que lleva varios años trabajando específicamente en las aplicaciones de los puntos cuánticos de grafeno (del tamaño de un átomo), cuenta hasta dónde llegan ahora las aplicaciones potenciales de este nuevo material.

Como material, el grafeno tiene una amplia variedad de utilidades pero, si nos vamos a los niveles cuánticos, el comportamiento de este material hace que sus aplicaciones se diversifiquen mucho más. El grafeno es extremadamente fuerte, ligero, no tóxico y térmica y eléctricamente conductor. Como puntos cuánticos son partículas semiconductoras que absorben luz ultravioleta y emiten luz visible de un color modificable según el tamaño del punto. Respecto a otros puntos cuánticos metálicos, los de grafeno pueden reproducir mucho mejor el color azul (cosa que no hacen tan bien otros elementos), por ejemplo, y son más seguros, limpios y baratos. De hecho, la industria electrónica ya usa “puntos cuánticos” de selenuro de cadmio, por ejemplo, en televisores y células solares porque son muy buenos para captar la luz invisible y emitirla en una determinada longitud de onda como luz visible.

Según Dotz Nano, en poco tiempo podríamos empezar a ver (es un decir) puntos cuánticos fluorescentes de grafeno aplicados a la ropa, los cosméticos, la electrónica de consumo y, como avanzábamos antes, el tratamiento del cáncer. La empresa está desarrollando métodos propios para crear puntos cuánticos de grafeno, con el objetivo de distribuirlos para su uso en investigación y la creación de productos comerciales. El proceso para crear puntos cuánticos suele ser complejo, con grandes requerimientos de energía y, a causa de la presencia de cadmio, a veces muy tóxico, por eso, la expectativa de sustituir estos elementos por grafeno es tan atractiva para los fabricantes y empresas. La misma Samsung está indagando en las alternativas al cadmio, justamente en la línea del grafeno.

Más limpio, más barato

Tal y como explican desde Dotz Nano, el hecho de que estos puntos cuánticos sean tan pequeños es problemático, porque la estructura cristalina no es lo bastante grande como para que el rendimiento cuántico que alcanzan compense su uso. Los puntos cuánticos metales azules tienen un rendimiento cuántico de entre 4% y 6%, por eso en las pantallas no se usan puntos cuánticos azules, sino retroiluminación LED azul. Esto, de usar grafeno, no sería necesario.

Pero aparte de su uso en pantallas se pueden abrir las aplicaciones a pigmentos y tintes, tecnología anti-falsificación, baterías, células solares, sensores, luces, láseres, sistemas de control del agua y tecnologías de bio imagen, entre otras muchas posibilidades. Si el grafeno puede hacer que el azul se emita de forma más intensa, también puede, aplicado a los detergentes para la ropa, hacer que los blancos sean más blancos y brillantes. Sería, desde luego, una alternativa mucho más eficiente y limpia que la de los fluoruros. Y como los puntos cuánticos de grafenos se pueden adherir mejor a los tejidos, habría que usar menos cantidad, con el consecuente ahorro de costes y la reducción de residuos contaminantes. La compañía está trabajando ahora con fabricantes de tela chinos para incrustar el material en el proceso de fabricación, para conseguir productos con abrillantamiento óptico desde el origen, lo que haría que el efecto fuese mucho más duradero.

En cuanto a las posibilidades anti-falsificación, el interés se centra en los casinos, que podrían rociar sus chips con una solución que brille bajo la luz ultravioleta para detectar las piezas fraudulentas. El problema en este caso es que la marca desaparecería a los dos meses, por lo que sería necesario reemplazar todo lo marcado periódicamente. Sin embargo, si en lugar de rociar el chip el material se integra en la propia resina durante el proceso de fabricación, podría durar años. Cada casino podría tener su propia firma en los colores que se quisiera, sólo con modificar los puntos cuánticos de grafeno para que emitan uno u otro color.

Imaginemos ahora que somos fabricantes de vino y necesitamos controlar adecuadamente la humedad y temperatura de nuestras bodegas. Aplicados a sensores ultrasensibles, los puntos cuánticos de grafeno podrían aplicarse al etiquetado para controlar la calidad del vino, mostrando el historial de temperatura en la misma etiqueta.

Quizá una de las aplicaciones más interesantes es la de bio imagen, destinada por ejemplo en la detección temprana del cáncer y en la aplicación específica de medicamentos. El grafeno aquí podría sustituir el tradicional empleo de isótopos radiactivos en el diagnóstico de tumores. Los puntos cuánticos son capaces de traspasar la barrera hematoencefálica, por lo que a futuro, cuando se investigue más la forma de usarlos, tiene opciones para combatir los tumores cerebrales.

En el punto competitivo

Todas esas opciones están en el futuro cercano, pero antes hay que lograr resolver algunos obstáculos en el proceso de obtención de los puntos cuánticos. Hasta el momento la forma de obtenerlos es mediante lo que se conoce como método avanzado de Hummer, que resulta caro en sí, lento e ineficiente. Para obtener grafeno coges grafito y despegas una capa de un átomo de grosor, y si tomas una capa de grafeno y cortas una esquina con unas dimensiones de 100×100 átomos, tienes un punto cuántico de grafeno de ese tamaño, pero todo el proceso, en cuanto a rendimiento, es muy bajo, sólo del 2% o 3%.

Dotz Nano ha comprado y desarrollado un método ideado en la Universidad de Rice para emplear carbón en lugar de grafito, lo que ya reduce los costes de obtención del grafeno al ser de por sí más barato que el grafito. Luego, por medio de un proceso químico lograron inicialmente obtener grafeno y puntos cuánticos de grafeno con un rendimiento del 10%, aún bajo pero mucho más alto que con el proceso anterior. Ahora, después de varios años perfeccionando el sistema, el rendimiento alcanza ya el 75%, lo que pone este elemento en situación de competir ya con los puntos cuánticos metálicos.

Fuente: NewAtlas

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