Comportamientos iónicos y de flujo abruptos con nanocanales funcionales

Los nanocanales tienen aplicaciones importantes en biomedicina, detección y muchos otros campos. Aunque los ingenieros que trabajan en nanotecnología han estado haciendo estas pequeñas estructuras en forma de tubo durante años, aún se desconoce mucho sobre sus propiedades y comportamiento.

Ahora, Siddhartha Das, profesor asistente de ingeniería mecánica de la Universidad de Maryland y un grupo de doctores. Los estudiantes publicaron nuevos resultados sorprendentes en la revista ACS Nano. Usando simulaciones a nivel atómico, Das y su equipo pudieron demostrar que las propiedades de la carga, así como el flujo de fluido inducido por la carga dentro de un nanocanal funcional, no siempre se comportan como se esperaba.

“Hemos descubierto un nuevo contexto para los nanocanales que operan injertando sus paredes internas con carga Partículas de polímero (También conocidos como polielectrolitos o PE) «, dijo Das, refiriéndose al proceso de inoculación de polímeros u otros materiales en la nanoescala para que funcionen de una manera específica». La activación de nanocanales no es nueva. Pero se nos ocurrió un archivo Salto cuántico En términos de comprensión del comportamiento y las características de estos sistemas en el contexto de sus características de carga y su capacidad para regular Fluido liquido.

Das dijo: «Por ejemplo, descubrimos un nuevo tipo de comportamiento de flujo en tales nanocanales funcionales al aumentar el tamaño del campo eléctrico aplicado a un nanocanal, y la dirección de este flujo que es impulsado por el campo eléctrico (a menudo conocido como campo eléctrico flujo) se puede invertir. «.

El artículo de Das y sus estudiantes detalla tres descubrimientos específicos. Primero, demostraron que cuando los polielectrolitos (PE) se injertaban en una forma A. capa En la pared interior del nanocanal, esta capa de polietileno sufrirá, bajo ciertas condiciones, una inversión repentina de una carga eléctrica. Por lo general, si las partículas de PE negativas están unidas al nanocanal, la capa de PE proximal debería tener una carga negativa neta. Sin embargo, Das y sus estudiantes identificaron situaciones en las que la carga se refleja y la carga neta dentro de la capa es positiva debido a la atracción de un mayor número de iones positivos (más de los necesarios para examinar la carga de la capa de PE) dentro de la capa. – este fenómeno se conoce como «sobreexamen».

Luego, el equipo investigó cómo este sobreexamen afectó el flujo externo impulsado por el campo eléctrico (conocido como flujo eléctrico o flujo EOS) dentro del nanocanal. Descubrieron, sorprendentemente, que en tales casos el flujo era impulsado por iones con la misma carga que Pes injertados en las paredes del canal; Por lo tanto, el 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 «, dijo Das,» y nuestro artículo marca la primera vez que se reconoce este fenómeno «.

Finalmente, el equipo mostró los resultados inesperados de un mayor tamaño del campo eléctrico: las partículas de PE unidas al nanocanal se deformaron y los iones que provocaron la sobreordenación comienzan a escapar de la capa de PE. Esto detiene la sobrepantalla y también invierte la dirección del flujo en el canal: si se mueve de izquierda a derecha, por ejemplo, se mueve de izquierda a derecha. «Nadie esperaba eso», dijo Das.

Los resultados son importantes, dijo Das, porque gran parte del interés en los nanotubos se relaciona con su capacidad para transportar partículas. «Dado que el flujo es tan importante, un nuevo descubrimiento en el campo nos está permitiendo construir sobre nuestra comprensión de cómo funcionan los nanocanales y qué podemos hacer con ellos», dijo Das. «Hay otras formas de revertir el flujo, pero hasta ahora no se sabía que podríamos lograrlo aumentando la intensidad del campo».