Nanocanais abrem oportunidades gigantescas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/01/2011

Esquema do dispositivo com os nanocanais de 2 nanômetros, mostrando ainda dois microcanais, dez nanocanais e quatro reservatórios.
[Imagem: Chuanhua Duan]

Mecânica dos nanofluidos

Se você se lembrar que as mais modernas fábricas de processadores do mundo estão estreando seus equipamentos capazes de fabricar componentes com estruturas que medem 45 nanômetros, ficará mais fácil entender a importância desta realização.

Cientistas do Laboratório Berkeley, nos Estados Unidos, desenvolveram uma técnica capaz de escavar nanocanais com apenas 2 nanômetros em pastilhas de vidro.

Isto é pequeno o suficiente para que os nanocanais repliquem os processos que acontecem nas membranas celulares, permitindo que íons e moléculas de determinados tamanhos passem, retendo objetos maiores.

E os primeiros testes já mostraram que a mecânica dos fluidos é significativamente diferente quando o líquido passa por esses nanocanais artificiais. As diferenças foram percebidas mesmo quando os nanocanais mediam até 10 nanômetros de diâmetro.

Células e baterias

Os canais em escala nanométrica nas proteínas transmembranas são críticos para controlar o fluxo de íons e moléculas através das paredes internas e externas de uma célula. Isto, por sua vez, é essencial para muitos dos processos biológicos que sustentam a célula.

Como suas contrapartidas biológicas, os nanocanais fluídicos artificiais poderão desempenhar um papel crucial nos biochips, destinados a análises clínicas, e na biotecnologia, permitindo experimentos de biologia sintética e de sintetização seletiva de compostos, nas chamadas biofábricas.

Mas não é apenas nas células biológicas que os nanocanais são importantes. As membranas são também uma parte essencial das das células a combustível e das baterias, mostrando o alcance da tecnologia de fabricação desses nanocanais.

Membranas muito finas são essenciais para permitir o transporte iônico nas baterias e nas células a combustível e, ao mesmo tempo, impedir o contato físico dos eletrodos. Além disso, quando mais finos forem os nanocanais, maior será a área disponível para a troca iônica, aumentando a eficiência dos dispositivos.

"Os separadores atuais são sobretudo camadas microporosas, compostas por uma membrana polimérica ou por uma manta de não-tecido", explica Chuanhua Duan, que fez os experimentos. "Uma membrana inorgânica contendo uma matriz de nanocanais hidrofílicos de 2 nanômetros pode ser usada para substituir os separadores atuais e aumentar a densidade de energia e a potência [das células a combustível]."

Microfluídica

No campo das aplicações biológicas, os dispositivos nanofluídicos atuais contam com canais de 10 a 100 nanômetros para separar e manipular as biomoléculas.

Devido a problemas com interações eletrostáticas, estes canais de dimensões maiores funcionar bem com soluções artificiais, mas não com soluções fisiológicas naturais.

Duan é membro de uma equipe que tem vários feitos na área da microfluídica, incluindo um transístor nanofluídico para processadores químicos e um gerador que usa moléculas orgânicas para converter calor em eletricidade.

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