Los nanocanales tienen aplicaciones importantes en biomedicina, detección y muchos otros campos. Aunque los ingenieros que trabajan en el campo de la nanotecnología han estado fabricando estas diminutas estructuras en forma de tubo durante años, aún se desconoce mucho sobre sus propiedades y comportamiento.
Ahora, el profesor asociado de ingeniería mecánica de la Universidad de Maryland Siddhartha Das y un grupo de sus estudiantes de doctorado han publicado nuevos hallazgos sorprendentes en la revista ACS Nano . Usando simulaciones a nivel atómico, Das y su equipo pudieron demostrar que las propiedades de carga, así como el flujo de fluido inducido por carga dentro de un nanocanal funcionalizado no siempre se comporta como se esperaba.
"Hemos descubierto un nuevo contexto para los nanocanales funcionalizados al injertar sus paredes internas con moléculas poliméricas cargadas también conocidas como polielectrolitos o PE", dijo Das, refiriéndose al proceso de injerto de polímeros u otras sustancias en el nanocanal con el fin dehacer que funcione de cierta manera ". La funcionalización de los nanocanales no es nueva. Pero hemos dado con un cambio de paradigma en términos de comprender el comportamiento y las propiedades de dichos sistemas en el contexto de sus propiedades de carga y su capacidadpara regular el flujo de fluido.
"Por ejemplo", dijo Das, "hemos descubierto un nuevo tipo de comportamiento de flujo en tales nanocanales funcionalizados; al aumentar la magnitud del campo eléctrico aplicado a un nanocanal, la dirección de este flujo impulsado por un campo eléctrico a menudo conocido como flujo electroosmótico se puede revertir. "
El artículo de Das y sus estudiantes detalla tres descubrimientos específicos. En primer lugar, mostraron que, cuando se injertan polielectrolitos PE en forma de capa en la pared interna del nanocanal, esta capa de PE, bajo ciertas condiciones,sufrir una inversión sorprendente de la carga eléctrica. Normalmente, si las moléculas de PE negativas se han unido al nanocanal, la capa de PE cercana debería tener una carga neta negativa. Das y sus estudiantes, sin embargo, identificaron situaciones en las que la carga se invierte y la redLa carga dentro de la capa es positiva debido a la atracción de más iones positivos de los necesarios para filtrar la carga de la capa de PE dentro de la capa; este fenómeno se conoce como "sobrepantallamiento".
Luego, el equipo investigó cómo esta sobrepantalla afecta el flujo impulsado por el campo eléctrico externo conocido como flujo electroosmótico o EOS dentro del nanocanal. Descubrieron, sorprendentemente, que en tales situaciones el flujo es impulsado por iones que tienen la misma carga que elPes injertado en las paredes del canal; por lo tanto, un polímero cargado negativamente crea un campo positivo neto en su vecindad, pero el flujo es impulsado por los iones negativos.
"A esto lo llamamos 'electro-ósmosis impulsada por co-iones', y nuestro artículo marca la primera vez que se identifica este fenómeno", dijo Das.
Por último, el equipo demostró los resultados inesperados de aumentar la magnitud del campo eléctrico: las moléculas de PE unidas al nanocanal se deforman y los iones que provocaron el caso de sobrepantallamiento comienzan a escapar de la capa de PE.sobrepantalla para detener, y también invierte la dirección del flujo en el canal: si se movía de izquierda a derecha, por ejemplo, cambia a derecha-izquierda. "Nadie predijo esto", dijo Das.
Los hallazgos son significativos, dijo Das, porque gran parte del interés en los nanocanales se relaciona con su capacidad para transportar moléculas. "Dado que el flujo es tan importante, un nuevo descubrimiento en esta área nos permite construir sobre nuestra comprensión de cómo funcionan los nanocanales yqué podemos hacer con ellos ", dijo Das." Hay otros métodos para invertir el flujo, pero hasta ahora no se sabía que podíamos lograrlo aumentando la intensidad del campo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Maryland . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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