Refrigeradores más baratos? ¿Dentaduras postizas más fuertes? ¿Una mejor comprensión de las enfermedades humanas? Esto y más puede ser posible algún día, gracias a un nuevo y ambicioso proyecto de NIST, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU.
Los investigadores del NIST se encuentran en las primeras etapas de una gran empresa. El de diseñar y construir una flota de diminutos nanotermómetros ultrasensibles. Si tiene éxito, su sistema será el primero en realizar mediciones de temperatura en tiempo real a escala microscópica. El proyecto se llama Control e imágenes termo-magnéticas (Thermal MagIC).
Temperatura en tiempo real a nivel microscópico
Los investigadores dicen que Thermal MagIC podría revolucionar las mediciones de temperatura en muchos campos: biología, medicina, síntesis química, refrigeración, automoción, fabricación de materiales. "Los nanotermómetros podrían ser útiles en todos los campos donde la temperatura juega un papel fundamental", dijo el físico del NIST. Cindi Dennis. "Eso está prácticamente en todas partes".
El equipo de NIST ha terminado de construir sus espacios de laboratorio personalizados para este proyecto único y ha comenzado la primera fase importante del experimento.
Cómo funciona Thermal MagIC
Thermal MagIC funcionará utilizando objetos de tamaño nanométrico cuyas señales magnéticas cambian con la temperatura.
Los objetos se incorporarían a los líquidos o sólidos estudiados: como el plástico fundido para ser utilizado como parte de un reemplazo de articulaciones artificiales o refrigerante líquido de un refrigerador. Un sistema de detección remota podría entonces captar estas señales magnéticas, lo que significa que sería un sistema inalámbrico.
El producto final podría hacer mediciones de temperatura 10 veces más precisas que las técnicas más avanzadas, adquiridas en una décima parte del tiempo en un volumen 10.000 veces menor.
Qué significa, en cifras
Antes de terminar su nuevo espacio de laboratorio, los investigadores del NIST pudieron completar un trabajo importante. En un artículo publicado el mes pasado en el International Journal on Magnetic Particle Imaging, el equipo informó haber encontrado y probado un nanomaterial "prometedor" hecho de hierro y cobalto, con sensibilidad a la temperatura controlable. Un paso que acercó al equipo a la creación de una nanopartícula sensible a la temperatura, la pieza central de un sistema como Thermal MagIC.
Los nanotermómetros del NIST podrían tomar medidas precisas con una precisión de 25 milikelvins (milésimas de kelvin) en solo una décima de segundo, en un volumen de solo cien micrómetros (millonésimas de metro) por lado.
El sistema tiene como objetivo medir temperaturas en el rango de 200 a 400 kelvin (K), o de -70 a 126 grados Celsius. La gama cubriría la mayoría de las aplicaciones potenciales que el equipo de Thermal MagIC predice que serán posibles en los próximos 5 años. Dennis y sus colegas ven el potencial de un rango de temperatura mucho más amplio, que se extiende de -270 a +320 grados. Incluiría cualquier cosa, desde superconductores súper enfriados hasta plomo fundido. Pero esto no forma parte de los planes de desarrollo actuales.
Este es un gran cambio radical. Si podemos hacer que suceda, podemos hacer cosas que ni siquiera podemos imaginar en la actualidad. El nuevo proyecto de NIST para construir nanotermómetros podría revolucionar las imágenes de temperatura.
Cindi Dennis, física del NIST
¿Qué aplicaciones tendrían los nanotermómetros?
Ya sea el termostato de su sala de estar o un instrumento de alta precisión para mediciones de laboratorio, la mayoría de los termómetros que se utilizan hoy en día solo pueden medir áreas relativamente grandes, a nivel macroscópico en lugar de microscópico.
estos termómetros convencionales también son intrusivos y requieren que los sensores penetren en el sistema a medir y se conecten a un sistema de lectura mediante cables voluminosos.
I termómetros infrarrojos, al igual que las herramientas para la frente que se utilizan en muchos consultorios médicos, son menos intrusivas. Sin embargo, ellos también solo toman medidas macroscópicas y no pueden ver debajo de las superficies.
Thermal MagIC debería permitir a los científicos eludir ambas limitaciones.
Los ingenieros podrían usar Thermal MagIC para estudiar, por primera vez, cómo se produce la transferencia de calor en diferentes refrigerantes a microescala y probar sistemas de refrigeración más baratos y de uso intensivo de energía. Nos sirven como pan.
Los médicos podrían usar Thermal MagIC para estudiar enfermedades, muchos de los cuales están asociados con aumentos de temperatura (una característica de la inflamación) en partes específicas del cuerpo.
Y los fabricantes podrían utilizar el sistema para mejor control de las máquinas de impresión 3D que fusionan plásticos para construir objetos personalizados como implantes médicos y prótesis.
