A menudo nos encontramos con artículos en los que se describen instrumentos de tamaño nanoscópico, sus aplicaciones, las partes de las que se componen, en qué parte de su desarrollo se encuentran los investigadores,… Y claro, a una escala tan ínfima hay que trabajar al detalle porque pequeñas variaciones pueden dar al traste con el trabajo de años de investigación así como inversiones cuantiosísimas.

Uno de estos detalles, si aplicamos el principio doméstico de que en todo recoveco se acumula suciedad, sería: ¿cómo mantener limpios estos complejos dispositivos para así optimizar su funcionamiento y prolongar su vida útil?

Pues bien, en un artículo de [1] National Geographic aparece la solución:

Un equipo del [2] Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) de Nueva York desarrolló para este trabajo el cepillo más pequeño del mundo: un nanocepillo con cerdas mil veces más finas que un cabello humano, pero duraderas y flexibles, pese a todo.

Según los investigadores, las cerdas de pelo animal, fibras sintéticas y alambre de nuestros cepillos macroscópicos son débiles y propensas a la subdivisión a escala nanoscópica, por lo que tuvieron que utilizar otro material: nanotubos de carbono.

Pulickel Ajayan, profesor de Ciencia de Materiales de este centro, ha trabajado con nanotubos de carbono más de una década. Su pequeño tamaño, fuerza, elasticidad, y capacidad para conducir electricidad los convierten en el material ideal para las cerdas en nanoescala, según cuenta en la revista.

Junto con colegas del RPI y la universidad de Hawaii en Manoa, Ajayan ha hecho cepillos con cerdas de nanotubos con variedad de formas y tamaños. Los investigadores los utilizaron para realizar tareas tales como barrer nanopartículas en un foso estrecho, como el interior de un capilar de 300 micrómetros de diámetro, y servir como contactos eléctricos en un nanomotor.

Eric Grulke, profesor de Ingeniería Química y de Materiales en la universidad de Kentucky en Lexington, comentó que la investigación era “absolutamente innovadora con respecto a usos potenciales.”

Según Ajayan, como los materiales y máquinas son cada vez más pequeños, el mercado potencial para los cepillos nanoscópicos florecerá. Incluso la cantidad más pequeña de suciedad puede convertir en inútiles las máquinas en nanoescala. El interés en la limpieza de nanopartículas se ha intensificado últimamente debido a las preocupaciones cada vez mayores por su emisión al medio ambiente.

Con los cepillos, los investigadores podrán barrer fosos en chips miniatura o limpiar los espejos utilizados en nanomotores. Cubiertos de material absorbente, los cepillos pueden también también empaparse con iones de plata en aguas contaminadas, lo que supone una aplicación muy interesante en el campo del medio ambiente.

“Creo ciertamente que los cepillos tendrían aplicaciones comerciales, particularmente cuando las micro-tecnologías se conviertan en la norma en el futuro,” dice Ajayan.
En investigaciones previas hizo crecer nanotubos de carbono usando una técnica conocida como [3] deposición de vapor químico, también utilizada ahora para hacer los cepillos. Los investigadores hicieron crecer las cerdas sobre un soporte fino del cepillo pegándolas al soporte en un horno con vapores ricos en carbono.
Para controlar la forma de los cepillos, los investigadores envolvieron las fibras en oro, excepto donde querían que las cerdas se unieran al cepillo. Cuando colocaron el soporte del cepillo en el horno, las fibras crecieron solamente en las áreas desenmascaradas. En este caso, los nanotubos fueron creciendo sobre soportes de carburo del silicio, aunque otros materiales pueden ser utilizados, según Ajayan. Mediante este procedimiento, “podríamos fabricar estos cepillos en miniatura con cualquier morfología deseada,” dijo Ajayan.

Algunos de los cepillos parecen mini-cepillos de dientes, otros mini-brochas, otros mini-ventiladores,…. Cada cerda de nanotubos es minúscula, con cerca de 30 nanómetros de diámetro. Los soportes, sin embargo, se podían hacer relativamente gruesos - del orden del diámetro de un pelo humano -permitiendo manipular manualmente los cepillos o con motores robóticos. Ajayan dijo que las cerdas podrían romperse de ser utilizadas en una tarea particularmente abrasiva, como agitar una sustancia altamente viscosa. Pero en las demostraciones conducidas por los investigadores, los cepillos soportaron tareas diversas de barrido, pintado, limpieza y portadoras de corriente eléctrica.

Con respecto a sus posibles aplicaciones biomédicas, Ajayan afirma que podrían utilizarse para limpiar depósitos indeseables en arterias y vasos capilares.