Des chercheurs de l’Université d’Osaka ont étudié les changements d’énergie thermique à travers les nanopores qui permettent le flux sélectif d’ions. L'arrêt du flux d'ions dans une direction entraîne un effet de refroidissement. Les résultats ont des applications dans les dispositifs nanofluidiques et donnent un aperçu des facteurs régissant les canaux ioniques dans les cellules. Le matériau nanopore pourrait être adapté pour ajuster le refroidissement et des matrices pourraient être produites pour augmenter l'effet.
Vous êtes-vous déjà demandé comment l'eau bout dans une bouilloire électrique ? La plupart des gens pensent que l’électricité chauffe simplement le serpentin métallique à l’intérieur de la bouilloire, qui transfère ensuite la chaleur à l’eau. Mais l’électricité peut faire bien plus que cela. De la chaleur peut être générée lorsque l’électricité fait circuler les ions dans la solution. Lorsque tous les ions et molécules environnantes peuvent se déplacer librement, cet effet de chauffage est uniforme dans toute la solution. Des chercheurs japonais ont étudié ce qui se passe lorsque ce flux est bloqué dans une direction.
Dans une étude publiée dans Device , l'équipe dirigée par des chercheurs du SANKEN (Institut de recherche scientifique et industrielle) de l'Université d'Osaka a montré qu'il est possible de réaliser un refroidissement en utilisant un nanopore (un très petit trou dans une membrane) comme passerelle qui ne laisse passer que certains ions. à travers.
En général, l’utilisation de l’électricité pour conduire des ions dans des solutions attire des ions chargés positivement et des ions chargés négativement dans des directions opposées. Ainsi, l'énergie thermique transportée par les ions se déplace dans les deux sens.
Si le chemin des ions est obstrué par une membrane ne laissant passer qu’un nanopore, il devient alors possible de contrôler le flux. Par exemple, si la surface des pores est chargée négativement, alors les ions négatifs peuvent interagir avec elle plutôt que de la traverser, et seuls les ions positifs circuleront, emportant leur énergie avec eux.
"À des concentrations d'ions élevées, nous avons mesuré une augmentation de la température à mesure que la puissance électrique augmentait", explique l'auteur principal de l'étude, Makusu Tsutsui. "Cependant, à de faibles concentrations, les ions négatifs disponibles interagissaient avec la paroi du nanopore chargée négativement. Par conséquent, seuls les ions chargés positivement traversaient le nanopore et une diminution de la température était observée."
La réfrigération ionique démontrée pourrait être utilisée pour refroidir des systèmes microfluidiques, des configurations utilisées pour déplacer, mélanger ou étudier de très petits volumes de liquides. De tels systèmes sont importants dans de nombreuses disciplines, de la microélectronique à la nanomédecine.
En outre, les résultats pourraient contribuer à approfondir la compréhension des canaux ioniques, qui jouent un rôle crucial dans la machinerie finement équilibrée des cellules. De telles informations pourraient être essentielles à la compréhension du fonctionnement et de la maladie, ainsi qu'à la conception de traitements.
"Nous sommes enthousiasmés par l'ampleur de l'impact potentiel de nos découvertes", déclare Tomoji Kawai, auteur principal de l'étude. "Il existe une marge considérable pour adapter le matériau nanopore afin d'ajuster le refroidissement. De plus, des réseaux de nanopores pourraient être créés pour amplifier l'effet."
La liste des domaines qui pourraient être améliorés par les résultats est en effet considérable et s'étend à l'utilisation d'un gradient de température pour générer du potentiel électrique. Cela pourrait être appliqué à la détection de température ou à la récupération d'énergie bleue.
Plus d'informations : Makusu Tsutsui et al, Refroidissement Peltier pour la gestion thermique dans les dispositifs nanofluidiques, Device (2023). DOI :10.1016/j.device.2023.100188
Informations sur le journal : Appareil
Fourni par l'Université d'Osaka
