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» » » Vacantes de nitrógeno detectan campos magnéticos en los fluidos

Referencia: PhysisWorld.com .
Autor: Belle Dumé, 4 de septiembre 2012

La nueva técnica de resonancia de espín electrónico (ESR) consistente en pequeños diamantes y unas pinzas ópticas, ha sido desarrollada por físicos de EE.UU. El método mide los campos magnéticos locales en entornos líquidos, y podría ser usado para controlar una serie de fenómenos que se producen en los fluidos, incluyendo los procesos de las células biológicas y los dispositivos electroquímicos. De hecho, el equipo cree que se podría utilizar esta técnica para detectar los campos electromagnéticos alrededor de las neuronas.

La vacante de nitrógeno (NV) que contienen los diamantes, son defectos que se producen cuando dos átomos de carbono de una posición son sustituidos por un átomo de nitrógeno y un sitio vacío. La NV tiene un espín electrónico que está extremadamente bien aislado de la red circundante, lo que significa que si la NV se coloca en un determinado estado de espín, permanecerá en ese estado durante un período relativamente largo de tiempo, incluso a temperatura ambiente. Es más, el estados de espín se pueden leer con fiabilidad y reinicializarlos cuando sea necesario. Estas estructuras, por lo tanto, pueden utilizarse para almacenar información cuántica o como sondas cuánticas que detectan campos magnéticos de su entorno.

En este último trabajo, David Awschalom y sus colegas de la Universidad de California, Santa Barbara, miraron los centros de NV en "nanodiamantes" de sólo 100 nm. de diámetro. Él mismo explica que, "estos nano-diamantes también se pueden colocar con una precisión nanométrica donde queramos en una muestra y moverlos a voluntad, algo que tiene aplicaciones potenciales en la detección, seguimiento y etiquetado de los sistemas biofísicos submicrónicos".

Los nanodiamantes del equipo son atrapados usando pinzas ópticas, lo que implica el uso de un único haz láser que está tan estrechamente enfocado que las partículas dieléctricas, como el diamante, son atraídas hacia el enfoque del haz en lugar de ser empujadas hacia delante por el haz. Las partículas así mantienen el enfoque, levitadas y atrapadas ópticamente. "Al cambiar el foco del láser respecto al medio ambiente fluídico, podemos elegir dónde situar las partículas usando una técnica completamente óptica (sin cables ni contactos físicos)", explica Awschalom.

Seguimiento de los campos magnéticos

Awschalom y sus colegas utilizaron nanodiamantes que ya habían sido irradiados comercialmente, para crear más de 500 centros NV en cada partícula nanodiamantina. Entonces, los investigadores utilizaron la ESR para medir la estructura de niveles de energía de los centros NV. La ESR se produce cuando los espines de los electrones son sometidos a un campo magnético, lo cual crea una diferencia de energía entre las diferentes orientaciones de espín. Si la muestra se expone a las microondas con una energía igual a esta diferencia, los espines resonarán entre los dos niveles de energía. Por lo tanto, midiendo la frecuencia de resonancia, se puede determinar la intensidad del campo magnético. "Aprovechamos el llamado efecto Zeeman, que cambia los niveles de energía de espín del centro NV, y así controlamos los campos magnéticos detectados por los sensores NV en los nanodiamantes", añadía Awschalom.

"Ser capaz de medir el campo magnético local en una localización elegida de un entorno fluido, utilizando un láser para posicionar el sensor de nanodiamantes, puede tener múltiples aplicaciones", afirma. "Por ejemplo, podría ayudar a mejorar nuestra comprensión de los procesos biológicos celulares, celdas electroquímicas, catálisis de superficie o de las membranas lipídicas. También nos ofrece una nueva forma de visualizar importantes estructuras biológicas y químicas que pueden ser difíciles de investigar con técnicas convencionales."

El equipo dice estar interesado ahora, en el uso de nanodiamantes funcionalizados que tienen grupos químicos adheridos a ellos, para que se sientan atraídos por ciertas moléculas. Estos pueden ser usados en canales de microfluídicos en combinación con trampas ópticas y de resonancia de espín electrónico, para maximizar el potencial de detección de los nanodiamantes y sobre chips clasificadores para identificar y cuantificar objetivos específicos.

Este trabajo se describe en Proceedings of the National Academies of Science


- El autor, Belle Dumé es editor colaborador de nanotechweb.org .
- Imagen: Detectar campos magnéticos utilizando nano-diamantes.  La configuración experimental usada por David Awschalom y sus colegas para detectar campos magnéticos usando nanodiamantes.(Cortesía de la Universidad de California, Santa Barbara).
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Editor del blog Pedro Donaire

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