Fábrica de miniaturas

En la CNEA, el Departamento de Micro y Nanotecnologías desarrolla materiales y dispositivos a escala nanométrica, en los que confluyen disciplinas y actores diversos. Los proyectos que llevan adelante tienen aplicaciones en áreas como salud, aeroespacial, astrofísica y nuclear. Cómo es trabajar en la escala más pequeña, donde todo se comporta distinto.

Por Matías Alonso 

Cada vez es más común que la nanotecnología forme parte de nuestra vida cotidiana, aunque a veces ni lo notemos. Dispositivos diminutos forman parte de los equipos electrónicos que usamos, hay nanopartículas en las pinturas con las que pintamos nuestras casas y hasta en lugares que no sospechamos. En la Argentina, hay instalaciones para estos desarrollos en la escala de un micrón –o una millonésima parte de un milímetro– que tienen diversas aplicaciones en la industria.

El Departamento de Micro y Nanotecnologías de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) tiene la capacidad de fabricación y diseño en nanotecnología en proyectos en los que confluyen diversas disciplinas y actores diferentes. La CNEA suele ser el principal usuario de estos desarrollos, pero también hay proyectos con otras instituciones de investigación y empresas privadas. Muchos están relacionados con sensores electrónicos pero también los hay en aplicaciones biológicas.

El método utilizado en la CNEA suele partir de un sustrato –el más usado es una placa de silicio pero también puede ser vidrio o un polímero– y luego se van sumando capas de materiales aislantes o conductores (con metales típicos como, cobre, aluminio, titanio, platino, níquel, cromo y oro). Posteriormente, se coloca sobre estas capas una máscara –una especie de esténcil que cubre ciertas partes de la superficie y deja expuestas otras– y lo atacan con diversos tratamientos para retirar la parte expuesta de esa capa. De esta forma, van dando forma a dispositivos para usos muy diversos.

En el Departamento de Micro y Nanotecnologías de la CNEA tienen capacidad para hacer el encapsulado para la vinculación eléctrica con otros sistemas más grandes. Así, el prototipo terminado tiene el aspecto de un chip que se puede integrar a otros equipos electrónicos mayores.

“Cuando te movés a escala micro, las reglas del juego cambian un poco y hay fenómenos que tienen más incidencia. El ejemplo más claro es cómo afecta la fuerza de gravedad: uno puede tener membranas suspendidas que a escalas más grandes se derrumbarían. En comportamientos térmicos o eléctricos también se pueden encontrar beneficios porque hay mucha superficie expuesta en poco volumen”, le dijo a TSS el ingeniero electrónico Andrés Di Donato, uno de los encargados de la operación de las instalaciones.

Esta relación extrema entre superficie y volumen hace que, por ejemplo, se puedan detectar gases con concentraciones muy bajas, que no podrían identificarse con sensores de otra escala. Además, se pueden insertar sensores dentro de cámaras cerradas de equipamiento sin cambiar la atmósfera controlada.

En aplicaciones para la salud, la utilidad se manifiesta por la facilidad que presentan, por ejemplo, para la manipulación a nivel celular. “Queremos hacer un sensor móvil para detectar el síndrome hurémico hemolítico, para evitar tener que mandar las muestras a laboratorios clínicos. Sería un sensor portable con nanopartículas magnéticas que se pegan a la bacteria que uno quiere detectar. Posteriormente, se hace un sensado para ver si las nanopartículas siguen presentes o no y así confirmar si está la bacteria”, explicó Claudio Ferrari, otro de los ingenieros del equipo dedicado a la operación de las instalaciones. Una vez desarrollada la plataforma –que tiene financiamiento del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de la CNEA y del CONICET–, denominada MicroMagLab, se podría cambiar la nanopartícula para asociarla a otra enfermedad que se quiera detectar.

En la sala limpia está controlado el número y el tamaño de las partículas que pueden estar en el aire. La primera de estas instalaciones se hizo en el año 2010 y las inversiones más fuertes en equipamiento llegaron hasta el año 2015.

Otro de los proyectos de este laboratorio de la CNEA es FiCelTAr (Filtro de Células Tumorales Argentino) para detectar células tumorales en sangre, que cuando están en muy baja concentración resulta muy difícil hacer un diagnóstico por métodos convencionales.

El Departamento de Micro y Nanotecnología tiene los equipos necesarios para hacer los desarrollos de prototipos a escala nanométrica y las instalaciones de la CNEA están entre los pocos lugares del país adonde se puede investigar y hacer desarrollos en este tipo de tecnologías. “Es importante poder hacerlo acá porque el conocimiento adquirido viene de estos diseños. Si tuviéramos que mandarlos a hacer en otro lugar estaríamos entregando el conocimiento, porque el diseño es lo más importante de todo y no lo podemos regalar. Nosotros no hacemos producción en serie, sino que el objetivo es generar capital intelectual y llegar a la prueba de concepto”, explicó Di Donato. En el laboratorio tienen capacidad para hacer el encapsulado para la vinculación eléctrica con otros sistemas más grandes. Así, el prototipo terminado tiene el aspecto de un chip que se puede integrar a otros equipos electrónicos mayores.

La placa de silicio (izquierda) es uno de los sustratos más utilizados en este tipo de desarrollos a escala nanométrica.

Otro de los proyectos en curso es el de microtoberas curvas para enriquecimiento de uranio con láser, una técnica muy promisoria que se está investigando en los países más avanzados en tecnología nuclear. “En proyectos como las microtoberas para enriquecimiento de uranio es esencial que el proyecto no salga del país”, observó Di Donato. “No se podría hacer si no tuviéramos el proceso completo de enriquecimiento, es una cuestión de soberanía tecnológica”, agregó.

Todo el proceso debe llevarse a cabo en una sala limpia, en la que está controlado el número y el tamaño de las partículas que pueden estar en el aire. La primera de estas instalaciones se hizo en el año 2010 y las inversiones más fuertes en equipamiento llegaron hasta el año 2015. “Después de eso no hemos tenido gran movimiento. Ahora hay expectativas de hacer una nueva obra de expansión para la instalación de un nuevo equipo, pero todavía falta mucho”, dijo Di Donato, que al igual que Ferrari se desempeña en el organismo con un contrato de renovación anual desde hace muchos años bajo la modalidad de planta temporaria.

En la ampliación de la sala limpia proyectada se espera instalar un equipo para hacer depósitos de polisilicio, lo que permitiría hacer hacer crecer el silicio en diferentes direcciones para ampliar la estructura de los dispositivos, algo muy promisorio para el campo de los sensores, entre ellos los acelerómetros. “Uno podría pensar que los acelerómetros se consiguen fácil, los celulares tienen varios, pero un acelerómetro de alta velocidad para un cohete, como un lanzador satelital, te va a costar que te lo vendan. Desarrollar tecnología en este sentido no es para reemplazar electrónica masiva, establecida, sino una pelea mucho más difícil”, dijo el ingeniero.

“Cuando te movés a escala micro, las reglas del juego cambian un poco y hay fenómenos que tienen más incidencia”, dijo Di Donato (derecha), junto con Ferrari.

Otra línea en la que están trabajando es el desarrollo de transistores de nitruro de galio. “Legalmente no se puede ni abrir el equipo que los contiene, no se puede levantar la tapa del equipo porque estás cometiendo un delito. Se usan para comunicaciones de alta frecuencia, satelitales, radarización y aplicaciones militares. Si hay que hacerle mantenimiento a un equipo de estos se tiene que mandar cerrado al exterior”, afirmó Di Donato.

En su vinculación con empresas, el laboratorio trabaja en un proyecto para hacer sensores de monóxido de carbono y también ofrece servicios de mediciones, como el que se realizó para una línea de grifería, para verificar el grado de rugosidad de los cromados. Con la firma rionegrina CONAE se realizó una prueba conceptual para cambiar el direccionamiento de una antena de satélite mediante modificaciones en los parámetros eléctricos, lo que permite evitar problemas mecánicos en posiciones muy críticas.

El laboratorio también está vinculado con el proyecto QUBIC, una iniciativa internacional para la detección de ondas gravitacionales que podría permitir entender más sobre los primeros instantes del universo. Este proyecto, que tendrá uno de sus puntos de detección en Salta, a 4900 metros sobre el nivel del mar, utiliza bolómetros, instrumentos que miden la radiación electrómagnética que viene del espacio y cuyo desarrollo implica trabajar en escalas micro.

Fuente: Agencia TSS