El tama\u00f1o importa<\/strong><\/p>\nEn el coraz\u00f3n de un espectr\u00f3metro de masas se encuentra el filtro de masas. Este componente utiliza campos el\u00e9ctricos o magn\u00e9ticos para clasificar las part\u00edculas cargadas seg\u00fan su relaci\u00f3n masa-carga. De esta forma, el dispositivo puede medir los componentes qu\u00edmicos de una muestra para identificar una sustancia desconocida.<\/p>\n
Un cuadrupolo, un tipo com\u00fan de filtro de masas, se compone de cuatro varillas met\u00e1licas que rodean un eje. Se aplican tensiones a las varillas, que producen un campo electromagn\u00e9tico. Dependiendo de las propiedades del campo electromagn\u00e9tico, los iones con una relaci\u00f3n masa-carga espec\u00edfica girar\u00e1n por el centro del filtro, mientras que otras part\u00edculas escapar\u00e1n por los lados. Al variar la combinaci\u00f3n de voltajes, se pueden apuntar a iones con diferentes relaciones masa-carga.<\/p>\n
Si bien su dise\u00f1o es bastante simple, un cuadrupolo t\u00edpico de acero inoxidable puede pesar varios kilogramos. Pero miniaturizar un cuadrupolo no es una tarea f\u00e1cil. Hacer el filtro m\u00e1s peque\u00f1o suele introducir errores durante el proceso de fabricaci\u00f3n. Adem\u00e1s, los filtros m\u00e1s peque\u00f1os recogen menos iones, lo que hace que el an\u00e1lisis qu\u00edmico sea menos sensible.<\/p>\n
\"No se pueden hacer cuadrupolos arbitrariamente m\u00e1s peque\u00f1os; hay una compensaci\u00f3n\", a\u00f1ade Vel\u00e1squez-Garc\u00eda.<\/p>\n
Su equipo equilibr\u00f3 esta compensaci\u00f3n aprovechando la fabricaci\u00f3n aditiva para fabricar cuadrupolos miniaturizados con el tama\u00f1o y la forma ideales para maximizar la precisi\u00f3n y la sensibilidad.<\/p>\n
Fabrican el filtro a partir de una resina vitrocer\u00e1mica, que es un material imprimible relativamente nuevo que puede soportar temperaturas de hasta 900 grados Celsius y funciona bien en el vac\u00edo.<\/p>\n
El dispositivo se produce mediante fotopolimerizaci\u00f3n en tina, un proceso en el que un pist\u00f3n empuja una tina de resina l\u00edquida hasta que casi toca una serie de LED en el fondo. Estos se iluminan, curando la resina que queda en el min\u00fasculo espacio entre el pist\u00f3n y los LED. Luego se pega una peque\u00f1a capa de pol\u00edmero curado al pist\u00f3n, que se eleva y repite el ciclo, construyendo el dispositivo una peque\u00f1a capa a la vez.<\/p>\n
\u201cSe trata de una tecnolog\u00eda relativamente nueva para imprimir cer\u00e1mica que permite crear objetos 3D muy precisos. Y una ventaja clave de la fabricaci\u00f3n aditiva es que se pueden iterar agresivamente los dise\u00f1os\u201d, afirma Vel\u00e1squez-Garc\u00eda.<\/p>\n
Dado que la impresora 3D puede formar pr\u00e1cticamente cualquier forma, los investigadores dise\u00f1aron un cuadrupolo con varillas hiperb\u00f3licas. Esta forma es ideal para el filtrado masivo pero dif\u00edcil de realizar con m\u00e9todos convencionales. Muchos filtros comerciales emplean varillas redondeadas, lo que puede reducir el rendimiento.<\/p>\n
Tambi\u00e9n imprimieron una intrincada red de celos\u00edas triangulares que rodean las varillas, lo que proporciona durabilidad y al mismo tiempo garantiza que las varillas permanezcan en la posici\u00f3n correcta si el dispositivo se mueve o se sacude.<\/p>\n
Para terminar el cuadrupolo, los investigadores utilizaron una t\u00e9cnica llamada revestimiento no electrol\u00edtico para recubrir las varillas con una fina pel\u00edcula met\u00e1lica, lo que las hace el\u00e9ctricamente conductoras. Cubren todo menos las varillas con un producto qu\u00edmico enmascarador y luego sumergen el cuadrupolo en un ba\u00f1o qu\u00edmico calentado a una temperatura y condiciones de agitaci\u00f3n precisas. Esto deposita una fina pel\u00edcula met\u00e1lica sobre las varillas de manera uniforme sin da\u00f1ar el resto del dispositivo ni provocar cortocircuitos en las varillas.<\/p>\n
\"Al final, hicimos los cuadrupolos que eran los m\u00e1s compactos pero tambi\u00e9n los m\u00e1s precisos que se pod\u00edan hacer, dadas las limitaciones de nuestra impresora 3D\", dice Vel\u00e1squez-Garc\u00eda.<\/p>\n
Maximizar el rendimiento<\/strong><\/p>\nPara probar sus cuadrupolos impresos en 3D, el equipo los intercambi\u00f3 por un sistema comercial y descubri\u00f3 que pod\u00edan alcanzar resoluciones m\u00e1s altas que otros tipos de filtros en miniatura. Sus cuadrupolos, de unos 12 cent\u00edmetros de longitud, tienen una cuarta parte de la densidad de los filtros comparables de acero inoxidable.<\/p>\n
Adem\u00e1s, otros experimentos sugieren que sus cuadrupolos impresos en 3D podr\u00edan alcanzar una precisi\u00f3n comparable a la de los filtros comerciales a gran escala.<\/p>\n
\"La espectrometr\u00eda de masas es una de las herramientas cient\u00edficas m\u00e1s importantes, y Vel\u00e1squez-Garc\u00eda y sus colaboradores describen el dise\u00f1o, la construcci\u00f3n y el rendimiento de un filtro de masas cuadrupolo que tiene varias ventajas sobre los dispositivos anteriores\", dice Graham Cooks, el Henry Bohn Hass, Profesor Distinguido de Qu\u00edmica en los Laboratorios Aston de Espectrometr\u00eda de Masas de la Universidad Purdue, que no particip\u00f3 en este trabajo. \u201cLas ventajas se derivan de estos hechos: es mucho m\u00e1s peque\u00f1o y liviano que la mayor\u00eda de sus hom\u00f3logos comerciales y est\u00e1 fabricado de forma monol\u00edtica mediante construcci\u00f3n aditiva. \u2026 Queda abierta la cuesti\u00f3n de qu\u00e9 tan bien se comparar\u00e1 el rendimiento con el de las trampas de iones cuadrupolos, que dependen de los mismos campos el\u00e9ctricos para la medici\u00f3n de masas pero que no tienen los estrictos requisitos geom\u00e9tricos de los filtros de masas cuadrupolos\u201d.<\/p>\n
\u201cEste art\u00edculo representa un avance real en la fabricaci\u00f3n de filtros de masa cuadrupolares (QMF). Los autores combinan sus conocimientos de fabricaci\u00f3n utilizando materiales avanzados, electr\u00f3nica de accionamiento QMF y espectrometr\u00eda de masas para producir un sistema novedoso con buen rendimiento a bajo coste\u201d, a\u00f1ade Steve Taylor, profesor de ingenier\u00eda el\u00e9ctrica y electr\u00f3nica de la Universidad de Liverpool, que fue Tampoco est\u00e1 involucrado en este art\u00edculo. \"Dado que los QMF est\u00e1n en el coraz\u00f3n del 'motor anal\u00edtico' en muchos otros tipos de sistemas de espectrometr\u00eda de masas, el art\u00edculo tiene una importancia importante en todo el campo de la espectrometr\u00eda de masas, que a nivel mundial representa una industria multimillonaria\".<\/p>\n
En el futuro, los investigadores planean mejorar el rendimiento del cuadrupolo alargando los filtros. Un filtro m\u00e1s largo puede permitir mediciones m\u00e1s precisas, ya que m\u00e1s iones que se supone deben filtrarse escapar\u00e1n a medida que la sustancia qu\u00edmica viaja a lo largo de su longitud. Tambi\u00e9n pretenden explorar diferentes materiales cer\u00e1micos que podr\u00edan transferir mejor el calor.<\/p>\n
\u201cNuestra visi\u00f3n es crear un espectr\u00f3metro de masas en el que todos los componentes clave se puedan imprimir en 3D, contribuyendo a un dispositivo con mucho menos peso y costo sin sacrificar el rendimiento. Todav\u00eda queda mucho trabajo por hacer, pero este es un gran comienzo\u201d, a\u00f1ade Vel\u00e1squez-Garc\u00eda.<\/p>\n
Este trabajo fue financiado por Empiriko Corporation.<\/p>\n<\/p><\/div>\n
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