I nanocanali hanno importanti applicazioni in biomedicina, rilevamento, e molti altri campi. Sebbene gli ingegneri che lavorano nel campo della nanotecnologia abbiano fabbricato questi minuscoli, strutture tubolari per anni, molto rimane sconosciuto sulle loro proprietà e comportamento.

Ora, Il professore associato di ingegneria meccanica dell'Università del Maryland Siddhartha Das e un gruppo del suo dottorato di ricerca. gli studenti hanno pubblicato nuove scoperte sorprendenti sulla rivista ACS Nano . Utilizzando simulazioni a livello atomico, Das e il suo team sono stati in grado di dimostrare che le proprietà di carica e il flusso di fluido indotto dalla carica all'interno di un nanocanale funzionalizzato non si comportano sempre come previsto.

"Abbiamo scoperto un nuovo contesto per i nanocanali funzionalizzati innestando le loro pareti interne con molecole polimeriche cariche (note anche come polielettroliti o PE), "Das ha detto, riferito al processo di innesto di polimeri o altre sostanze sul nanocanale per farlo funzionare in un certo modo. "La funzionalizzazione dei nanocanali non è nuova. Ma abbiamo escogitato un cambio di paradigma in termini di comprensione del comportamento e delle proprietà di tali sistemi nel contesto delle loro proprietà di carica e della loro capacità di regolare il flusso del fluido.

"Per esempio, "Das ha detto, "abbiamo scoperto un nuovo tipo di comportamento del flusso in tali nanocanali funzionalizzati; aumentando la grandezza del campo elettrico applicato a un nanocanale, la direzione di questo flusso guidato dal campo elettrico (spesso noto come flusso elettroosmotico) può essere invertita."

L'articolo di Das e dei suoi studenti descrive in dettaglio tre scoperte specifiche. in primo luogo, hanno mostrato che, quando i polielettroliti (PE) vengono innestati sotto forma di strato sulla parete interna del nanocanale, questo strato di PE sarà, a determinate condizioni, subiscono una sorprendente inversione di carica elettrica. Normalmente, se molecole PE negative sono state attaccate al nanocanale, lo strato di PE vicino dovrebbe avere una carica netta negativa. Das e i suoi studenti, però, situazioni identificate in cui la carica si inverte e la carica netta all'interno dello strato è positiva a causa dell'attrazione di un numero maggiore di ioni positivi (di quelli necessari per schermare la carica dello strato PE) all'interno dello strato:questo fenomeno è noto come "overscreening". ."

Il team ha quindi studiato come questo overscreening influisce sul flusso guidato dal campo elettrico esterno (noto come flusso elettroosmotico o EOS) all'interno del nanocanale. Hanno trovato, sorprendentemente, che in tali situazioni il flusso è guidato da ioni aventi la stessa carica del Pes innestato sulle pareti del canale; così, un polimero caricato negativamente crea un campo positivo netto nelle sue vicinanze, ma il flusso è guidato dagli ioni negativi.

"Chiamiamo questo 'elettroosmosi guidata da co-ioni, ' e il nostro articolo segna la prima volta che questo fenomeno è stato identificato, " disse Das.

Finalmente, il team ha dimostrato i risultati inaspettati dell'aumento della grandezza del campo elettrico:le molecole di PE attaccate al nanocanale si deformano, e gli ioni che hanno causato l'istanza di overscreening iniziano a fuoriuscire dallo strato di PE. Questo fa sì che il sovrascrematura si arresti, e inverte anche la direzione del flusso nel canale:se si muoveva da sinistra a destra, ad esempio, passa a destra-sinistra. "Nessuno lo aveva previsto, " disse Das.

I risultati sono significativi, Das ha detto, perché gran parte dell'interesse per i nanocanali riguarda la loro capacità di trasportare molecole. "Dato che il flusso è così importante, una nuova scoperta in quest'area ci permette di costruire sulla nostra comprensione di come funzionano i nanocanali e cosa possiamo fare con loro, " Das ha detto. "Ci sono altri metodi per invertire il flusso, ma fino ad ora non si sapeva che potessimo ottenere ciò aumentando l'intensità del campo."