Notícia

Nanobombas ressonantes permitem transporte direcionado de líquidos e nanopartículas

Divulgação, TU Darmstadt

Fonte

TU Darmstadt | Universidade Técnica de Darmstadt

Data

terça-feira, 3 janeiro 2023 16:35

Áreas

Bioeletrônica. Biologia. Biomecânica. Engenharia Biológica. Física Médica. Modelagem Matemática. Nanotecnologia. Sistemas de Controle.

Dessalinizar a água do mar ou remover o nitrato prejudicial da água potável: isso é possível graças a membranas permeadas por minúsculos nanoporos. Você pode pensar nisso como uma peneira com furos de apenas alguns milionésimos de milímetro de diâmetro. Os nanoporos também desempenham um papel importante na pesquisa biológica. Um exemplo: a molécula de DNA só pode passar por eles se ela se desenrolar. Ela deixa o poro como um ‘fio’ a partir do qual os pesquisadores podem ler a informação genética.

No entanto, a tecnologia é muitas vezes difícil de controlar. Um líquido passa por todos os nanoporos da mesma maneira. No entanto, para algumas aplicações, como a colocação precisa de minúsculas partículas em nanotecnologia, seria útil controlar seletivamente o fluxo através de nanoporos individuais de uma ‘peneira’, ou seja, usar poros individuais como pequenas bombas que ligam e desligam. Recentemente, Aaron Ratschow, pesquisador da Universidade Técnica de Darmstadt (TU Darmstadt), na Alemanha, e seus colegas propuseram um novo método que tornaria isso possível. Os resultados da pesquisa foram publicados na revista científica Physical Review Letters.

Para que isso aconteça, os nanoporos devem ter uma forma cônica, ou seja, assemelhar-se a um funil, como os pesquisadores de Darmstadt conseguiram mostrar com a ajuda de simulações de computador. Especificamente, trata-se da passagem dos chamados eletrólitos, ou seja, líquidos com átomos ou moléculas eletricamente carregadas (íons), como a água salgada. Estes podem ser empurrados através do poro com a ajuda de um campo elétrico que exerce uma força sobre os íons. No entanto, os íons também interagem com a parte da parede do poro onde o campo é aplicado. Após um curto período de tempo, uma camada de íons se forma na parede do poro, que protege o campo elétrico de condução como uma espécie de escudo. E o fluxo para.

Fluxo do lado estreito para o lado largo do nanoporo

No entanto, se uma tensão alternada (AC) for aplicada ao poro, esse processo é interrompido repetidamente e o líquido flui para frente e para trás com o dobro da frequência da tensão. Se o poro fosse cilíndrico, a mesma quantidade de eletrólito fluiria em ambas as direções. Devido ao formato cônico, no entanto, há mais fluxo em uma direção do que na outra. Isso cria um fluxo líquido do lado estreito para o lado largo do nanoporo.

A frequência da tensão AC é decisiva para este efeito de bombeamento. Se for muito baixa, o ‘escudo’ terá tempo de se formar de qualquer maneira. Se for muito alta, os íons não terão tempo suficiente para fluir para qualquer lugar. O fluxo líquido ocorre apenas em uma certa frequência de ressonância de alguns megahertz. Uma vez que a tensão CA pode ser aplicada a poros individuais com a ajuda de um pequeno ‘portão’, os poros individuais podem ser ligados e desligados de forma direcionada.

Para explicar os resultados das simulações em computador, os pesquisadores de Darmstadt criaram um modelo matemático, que reproduz os resultados da simulação computacional numérica. Aaron Ratschow está  confiante de que a implementação experimental dos resultados teóricos, que os pesquisadores de Darmstadt agora querem abordar com um parceiro acadêmico, funcionará.

O pesquisador também tem ideias para aplicações potenciais. “Nossa tecnologia pode ajudar se você quiser transportar eletrólitos de maneira direcionada ou posicionar nanopartículas com precisão”, explicou. A descoberta de Darmstadt pode, portanto, ser útil para ciências da vida e para aplicações de nanotecnologia.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Técnica de Darmstadt (em alemão).

Fonte: Christian Meier, TU Darmstadt. Imagem: Divulgação, TU Darmstadt.

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