Un team di ricerca coreano ha sviluppato una tecnologia che consente il controllo efficace del particolato fine e delle nanoplastiche, che sono le principali cause della tossicità umana e dei disturbi dell'ecosistema. Questa tecnologia, che consente l'ordinamento in tempo reale, purificazione, e la concentrazione di nanoparticelle invisibili all'occhio umano ha un grande potenziale di applicazione, non solo per la rimozione di particelle tossiche dall'ambiente naturale, ma anche per rimuovere virus e rilevare proteine ​​​​correlate alla demenza e marcatori diagnostici del cancro. Grazie alla sua vasta gamma di applicabilità, questa tecnologia sta attirando molta attenzione negli ambienti scientifici e accademici.

Il gruppo di ricerca, guidato dal Dr. Yong-sang Ryu del Sensor System Research Center nella National Agenda Research Division presso il Korea Institute of Science and Technology (KIST), lavorando con un team guidato dal Dr. Sin-Doo Lee del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica presso la Seoul National University, ha annunciato lo sviluppo di un elettrodo nanogap in grado di catturare particelle galleggianti ultrafini fino a 20 nanometri (nm, 1/1000 dello spessore di un capello umano). Il team di ricerca ha utilizzato l'elettrodo di nuova concezione in esperimenti di concentrazione e posizionamento selettivi riusciti per vescicole extracellulari (esosomi), che hanno un potenziale nel campo dello sviluppo di farmaci e come nuovi marcatori diagnostici per il cancro e le proteine ​​correlate alla demenza.

I ricercatori di tutto il mondo stanno perseguendo tecniche per manipolare particelle di dimensioni nanometriche senza danneggiarle. La tecnologia delle pinzette ottiche, che ha ricevuto il Premio Nobel per la Fisica nel 2018, è rappresentativo di tali tecnologie. Però, si è rivelato difficile andare oltre la manipolazione/misurazione del livello delle particelle individuali e realizzare la commercializzazione su vasta scala. I ricercatori si sono ripetutamente imbattuti in limitazioni tecniche nei meccanismi di ridimensionamento per la raccolta, ordinamento, purificare e concentrare le particelle di dimensioni pari o inferiori a 100 nm; però, tali meccanismi sono necessari per funzionare in ambienti atmosferici e acquatici su larga scala.

Il gruppo di ricerca congiunto KIST-SNU, attraverso la produzione di dispositivi su scala centimetrica per esperimenti di concentrazione e purificazione delle particelle, è stato in grado di superare queste limitazioni e ha scalato con successo gli elettrodi nanogap inserendo un film isolante su nanoscala tra due elettrodi in un allineamento verticale, consentendo l'applicazione della tecnologia delle pinzette dielettroforetiche su aree estese. La dielettroforesi è una tecnologia in cui le lunghezze d'onda che vibrano da diverse centinaia a diverse migliaia di volte al secondo vengono applicate a due elettrodi per formare una distribuzione del campo elettrico non uniforme attorno agli elettrodi. Gli elettrodi vengono quindi utilizzati per attirare o respingere le particelle in prossimità dei nanogap.

Il team di ricerca congiunto ha condotto esperimenti per trovare tecnologie in grado di utilizzare processi a semiconduttore universalmente disponibili piuttosto che costose apparecchiature esistenti. Durante il processo sperimentale, il team ha scoperto che la forza dielettroforetica prodotta dagli elettrodi in un array verticale asimmetrico con disposizione degli elettrodi era oltre 10 volte maggiore di quella di un array nanogap convenzionale allineato orizzontalmente. Questa scoperta ha risolto simultaneamente i problemi di scalabilità e ha ridotto i costi associati alla tecnologia nanogap. Utilizzando il metodo convenzionale di produzione di array di elettrodi orizzontali, è piuttosto costoso produrre elettrodi nanogap sufficienti per coprire l'area di un'unghia. La nuova tecnologia di dielettroforesi produce elettrodi nanogap sufficienti per coprire l'area di un disco LP a una frazione del costo.

La tecnologia nanogap verticale sviluppata dal team di ricerca KIST consente di aumentare la tecnologia degli elettrodi nanogap, produrre elettrodi nanogap in numerose forme e dimensioni, e riduce radicalmente i costi unitari di produzione. Come tale, la tecnologia ha una vasta gamma di potenziali applicazioni. Secondo il gruppo di ricerca, se utilizzato in filtri dell'aria o dell'acqua, gli elettrodi nanogap possono funzionare a bassa tensione (come quella di una normale cella AA) per rilevare e rimuovere, in tempo reale, varie particelle galleggianti microscopiche come polveri sottili, nanoplastiche, virus, germi, e batteri.

Dott. Eui-Sang Yu, il principale autore dello studio, disse, "Il risultato ha un'applicazione futura per lo smistamento e la purificazione di particelle di dimensioni nanometriche, indipendentemente dal tipo di particella o dall'ambiente."

Dott. Yong-Sang Ryu del KIST, il corrispondente autore dello studio, aggiunto, "Speriamo che lo studio possa dare ampi contributi alla risoluzione di vari problemi sociali e migliorare la qualità generale della vita umana".