La analogía entre un transistor y un grifo llevada a su extremo utilizando microfluidos

Un diodo y un transistor FET implementados mediante un dispositivo con tres capas. El diodo es análogo a una válvula de retención y el transistor a una de conmutación. (C) Nature Physics.

Diodos, transistores FET y muchos otros dispositivos electrónicos se pueden implementar mediante circuitos de microfluidos autocontrolados por presión sin necesidad de ninguna electrónica de control. Utilizando estos dispositivos completamente microfluídicos es posible diseñar osciladores, temporizadores y otros dispositivos “microelectrónicos” utilizando sólo fluidos y materiales elásticos que actúan como válvulas. Mosadegh et al. publican en Nature Physics un modelo de arquitectura escalable, versátil y normalizada para este tipo de dispositivos. Un gran avance con múltiples aplicaciones biomédicas donde la microelectrónica es invasiva y contraproducente. El artículo técnico es Bobak Mosadegh et al., “Integrated elastomeric components for autonomous regulation of sequential and oscillatory flow switching in microfluidic devices,” Nature Physics, Published online 18 April 2010.

Para los estudiantes de electrónica, ingeniería y física a los que les han explicado el funcionamiento de un transistor como si fuese un grifo de agua, este tipo de sistemas microfluídicos análogos a diodos y transistores serán de gran interés. Además, normalmente la analogía se aplica a transistores bipolares, con lo que espero que disfruten con su aplicación a transistores de efecto de campo (FET). Las analogías físicas siempre ayudan y muchas veces son la base de un nuevo campo de conocimiento. En resumen, un artículo muy curioso, sin lugar a dudas.

Un par de vídeos de youtube de la información suplementaria del artículo (más aquí).

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“Balas acústicas” para localizar y destruir tumores cancerígenos gracias a una nueva lente acústica no lineal

La energía acústica de ondas sonoras enfocadas tiene múltiples aplicaciones.Para enfocar esta energía en un objetivo, el sonido se redirige de manera que las ondas se superponen y amplifican las unas a las otras. Alessandro Spadoni y Chiara Daraio han diseñado una lente acústica no lineal que enfoca fuentes sonoras de gran amplitud en “balas acústicas” (solitones o pulsos acústicos compactos) que pueden ser utilizados para localizar y destruir tumores cancerígenos de forma no invasiva. La lente está formada por esferas de acero alineados en cadenas paralelas. Controlando esta disposición de esferas se puede controlar la velocidad del sonido que viaja a través de ellas, permitiendo que actúen como una lente que enfoca las ondas sonoras en un único punto, donde se concentra toda la energía acústica. Las “balas acústicas” conservan su forma compacta después de atravesar las esferas y pueden penetrar tejidos biológicos sin dificultad. El artículo técnico es Alessandro Spadoni, Chiara Daraio, “Generation and control of sound bullets with a nonlinear acoustic lens,” PNAS 107: 7230-7234, April 20, 2010.

Los ultrasonidos son muy utilizados en imagen en medicina (y en ciencia de los materiales) para visualizar de forma no invasiva el interior del cuerpo humano (y de materiales). El gran problema de los ultrasonidos es que es difícil obtener pulsos compactos, no oscilatorios y de gran amplitud (“balas acústicas”). Trabajos reciente han intentado lograrlo utilizado metamateriales que permiten el desarrollo de superlentese y de hiperlentes. La nueva lente no lineal publicada en PNAS utiliza una matriz de partículas esféricas (21 ristras de 21 esferas cada una) que se comporta para la onda sonora como un medio efectivo que se puede modelar mediante la ecuación de Korteweg-de Vries. Esta ecuación permite la propagación de un tipo de ondas no lineales que se llaman solitones. La gran ventaja de este tipo de ondas es que una vez que abandonan el medio en el que se han generado mantienen su forma durante cierto tiempo por lo que pueden ser utilizadas como “balas acústicas” para destruir tumores.

Un gran trabajo técnico que nos muestra una nueva aplicación de los solitones (muy utilizados en fibra óptica para comunicaciones de muy larga distancia). A los que trabajamos en teoría de solitones nos resulta muy interesante este artículo. A los demás supongo que lo único que les interesará es que este nuevo avance tendrá, en un futuro no muy lejano, muchas aplicaciones biomédicas.

A) Prototipo con 21 ristras de 21 esferas de acero; B) Velocidad de fase de las ondas en función de la fuerza de compresión; y C) Funcionamiento como lente acústica no lineal. (C) PNAS