Los nanocanales tienen importantes aplicaciones en biomedicina, sintiendo y muchos otros campos. Aunque los ingenieros que trabajan en el campo de la nanotecnología han estado fabricando estos pequeños, estructuras en forma de tubo durante años, Aún se desconoce mucho sobre sus propiedades y comportamiento.

Ahora, Siddhartha Das, profesor asociado de ingeniería mecánica de la Universidad de Maryland, y un grupo de su Ph.D. Los estudiantes 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 la carga, así como el flujo de fluido inducido por la carga dentro de un nanocanal funcionalizado, no siempre se comportan como se esperaba.

"Hemos descubierto un nuevo contexto para los nanocanales funcionalizados injertando sus paredes internas con moléculas poliméricas cargadas (también conocidas como polielectrolitos o PE), "Das dijo, refiriéndose al proceso de injerto de polímeros u otras sustancias en el nanocanal para hacer que funcione de una determinada 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 tales sistemas en el contexto de sus propiedades de carga y su capacidad para regular el flujo de fluidos.

"Por ejemplo, "Das dijo, "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 invertir ".

El artículo de Das y sus estudiantes detalla tres descubrimientos específicos. Primeramente, ellos demostraron que, cuando se injertan polielectrolitos (PE) en forma de capa en la pared interior del nanocanal, esta capa de PE, bajo ciertas condiciones, sufrir una sorprendente inversión de carga eléctrica. Normalmente, si se han unido moléculas de PE negativas al nanocanal, la capa de PE cercana debe tener una carga neta negativa. Das y sus alumnos, sin embargo, identificaron situaciones en las que la carga se invierte y la carga neta 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 sobreexploración afecta el flujo impulsado por el campo eléctrico externo (conocido como flujo electroosmótico o EOS) dentro del nanocanal. Ellos encontraron, asombrosamente, que en tales situaciones el flujo es impulsado por iones que tienen la misma carga que los Pes injertados 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 'electroósmosis impulsada por co-iones, 'y nuestro artículo marca la primera vez que se identifica este fenómeno, "Dijo Das.

Finalmente, 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 causaron la instancia de sobrepantallamiento comienzan a escapar de la capa de PE. Esto hace que se detenga la pantalla excesiva, y también invierte la dirección del flujo en el canal:si se movía de izquierda a derecha, por ejemplo, cambia de derecha a izquierda. "Nadie predijo esto, "Dijo Das.

Los hallazgos son significativos, Das dijo, porque gran parte del interés por 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 ampliar nuestra comprensión de cómo funcionan los nanocanales y qué podemos hacer con ellos. "Dijo Das." Hay otros métodos para invertir el flujo, pero hasta ahora no se sabía que podíamos lograr esto aumentando la intensidad del campo ".