Los científicos de SANKEN (Instituto de Investigación Científica e Industrial) de la Universidad de Osaka midieron los efectos térmicos del flujo iónico a través de un nanoporo utilizando un termopar. Descubrieron que, en la mayoría de las condiciones, tanto la corriente como la potencia de calentamiento variaban con el voltaje aplicado, como predice la ley de Ohm. Este trabajo puede conducir a sensores a nanoescala más avanzados.

Los nanoporos, que son diminutas aberturas en una membrana tan pequeñas que solo puede pasar una hebra de ADN o una partícula de virus, son una plataforma nueva y emocionante para construir sensores. A menudo, se aplica un voltaje eléctrico entre los dos lados de la membrana para extraer la sustancia a analizar a través del nanoporo. Al mismo tiempo, se pueden transportar iones cargados en la solución, pero su efecto sobre la temperatura no se ha estudiado en profundidad. Una medición directa de los efectos térmicos causados ​​por estos iones puede ayudar a que los nanoporos sean más prácticos como sensores.

Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Osaka ha creado un termopar hecho de nanocables de oro y platino con un punto de contacto de solo 100 nm de tamaño que sirvió como termómetro. Se utilizó para medir la temperatura directamente al lado de un nanoporo cortado en una película de 40 nm de espesor suspendida en una oblea de silicio.

El calentamiento Joule se produce cuando la energía eléctrica se convierte en calor mediante la resistencia de un cable. Este efecto ocurre en tostadoras y estufas eléctricas, y puede considerarse como una dispersión inelástica de los electrones cuando chocan con los núcleos del cable. En el caso de un nanoporo, los científicos encontraron que la energía térmica se disipaba en proporción al impulso del flujo iónico, lo cual está en línea con las predicciones de la ley de Ohm. Al estudiar un nanoporo de 300 nm de tamaño, los investigadores registraron la corriente iónica de una solución salina tamponada con fosfato en función del voltaje aplicado. "Demostramos un comportamiento casi óhmico en una amplia gama de condiciones experimentales", dice el primer autor Makusu Tsutsui.

Con nanoporos más pequeños, el efecto de calentamiento se hizo más pronunciado, porque podía pasar menos fluido del lado más frío para igualar la temperatura. Como resultado, el calentamiento podría causar un efecto no despreciable, con nanoporos experimentando un aumento de temperatura de unos pocos grados en condiciones de funcionamiento estándar. "Esperamos el desarrollo de nuevos sensores de nanoporos que no solo puedan identificar virus, sino que también puedan desactivarlos al mismo tiempo", dice el autor principal Tomoji Kawai. Los investigadores propusieron otras situaciones en las que el calentamiento puede ser beneficioso, por ejemplo, para evitar que un polímero obstruya el nanoporo o para separar las hebras de ADN que se están secuenciando.

El artículo, "Disipación de calor iónico en poros de estado sólido", se publica en Science Advances . + Explora más

Extracción y detección in situ de ADN mediante nanoporos