Les nanocanaux ont des applications importantes en biomédecine, sentir, et bien d'autres domaines. Bien que des ingénieurs travaillant dans le domaine de la nanotechnologie aient fabriqué ces minuscules, structures en forme de tube pendant des années, beaucoup reste inconnu sur leurs propriétés et leur comportement.

Maintenant, Siddhartha Das, professeur agrégé de génie mécanique à l'Université du Maryland, et un groupe de ses doctorants. les étudiants ont publié de nouvelles découvertes surprenantes dans le journal ACS Nano . En utilisant des simulations au niveau atomique, Das et son équipe ont pu démontrer que les propriétés de charge ainsi que l'écoulement de fluide induit par la charge dans un nanocanal fonctionnalisé ne se comportent pas toujours comme prévu.

« Nous avons découvert un nouveau contexte pour les nanocanaux fonctionnalisés en greffant leurs parois internes avec des molécules de polymère chargées (également appelées polyélectrolytes ou PE), " Das a dit, se référant au processus de greffage de polymères ou d'autres substances sur le nanocanal afin de le faire fonctionner d'une certaine manière. « La fonctionnalisation des nanocanaux n'est pas nouvelle. Mais nous avons proposé un changement de paradigme en termes de compréhension du comportement et des propriétés de tels systèmes dans le contexte de leurs propriétés de charge et de leur capacité à réguler l'écoulement des fluides.

"Par exemple, " Das a dit, « nous avons découvert un nouveau type de comportement d'écoulement dans de tels nanocanaux fonctionnalisés ; en augmentant l'amplitude du champ électrique appliqué à un nanocanal, la direction de ce flux entraîné par champ électrique (souvent connu sous le nom de flux électroosmotique) peut être inversée."

L'article de Das et de ses étudiants détaille trois découvertes spécifiques. Premièrement, ils ont montré que, lorsque des polyélectrolytes (PE) sont greffés sous forme de couche sur la paroi interne du nanocanal, cette couche PE sera, sous certaines conditions, subir une surprenante inversion de charge électrique. Normalement, si des molécules de PE négatives ont été attachées au nanocanal, la couche PE à proximité doit avoir une charge nette négative. Das et ses élèves, cependant, situations identifiées dans lesquelles la charge s'inverse et la charge nette au sein de la couche est positive en raison de l'attraction d'un plus grand nombre d'ions positifs (que nécessaire pour filtrer la charge de la couche PE) dans la couche - ce phénomène est connu sous le nom de " surécran ."

L'équipe a ensuite étudié comment ce surcriblage affecte le flux entraîné par le champ électrique externe (connu sous le nom de flux électroosmotique ou EOS) dans le nanocanal. Ils ont trouvé, étonnamment, que dans de telles situations, le flux est entraîné par des ions ayant la même charge que le Pes greffé sur les parois du canal; Donc, un polymère chargé négativement crée un champ positif net à son voisinage, mais le flux est entraîné par les ions négatifs.

"Nous appelons cela 'l'électro-osmose pilotée par co-ion, ' et notre article marque la première fois que ce phénomène a été identifié, " a dit Das.

Finalement, l'équipe a démontré les résultats inattendus de l'augmentation de l'amplitude du champ électrique :les molécules de PE attachées au nanocanal se déforment, et les ions à l'origine du surcriblage commencent à s'échapper de la couche PE. Cela provoque l'arrêt du surcriblage, et inverse également le sens d'écoulement dans le canal :s'il se déplaçait de gauche à droite, par exemple, il passe à droite-gauche. "Personne ne l'avait prédit, " a dit Das.

Les résultats sont significatifs, Das a dit, car une grande partie de l'intérêt pour les nanocanaux est liée à leur capacité à transporter des molécules. « Puisque le flux est si important, une nouvelle découverte dans ce domaine nous permet de renforcer notre compréhension du fonctionnement des nanocanaux et de ce que nous pouvons en faire, " a dit Das. " Il existe d'autres méthodes pour inverser le flux, mais jusqu'à présent, on ne savait pas que nous pouvions accomplir cela en augmentant l'intensité du champ."