p (PhysOrg.com) - Pela primeira vez, uma equipe de engenheiros químicos do MIT observou íons individuais marchando através de um minúsculo canal de nanotubo de carbono. Esses canais podem ser usados ​​como detectores extremamente sensíveis ou como parte de um novo sistema de dessalinização de água. Eles também podem permitir que os cientistas estudem as reações químicas no nível de uma única molécula. p Nanotubos de carbono - minúsculos, cilindros ocos cujas paredes são redes de átomos de carbono - são cerca de 10, 000 vezes mais fino que um cabelo humano. Desde sua descoberta há quase 20 anos, pesquisadores os experimentaram como baterias, transistores, sensores e células solares, entre outras aplicações.

p Na edição de 10 de setembro de Ciência , Pesquisadores do MIT relatam que moléculas carregadas, como os íons de sódio e cloreto que se formam quando o sal é dissolvido em água, pode não apenas fluir rapidamente através dos nanotubos de carbono, mas também pode, sob algumas condições, faça um de cada vez, como pessoas se revezando na travessia de uma ponte. A pesquisa foi liderada pelo professor associado Michael Strano.

p O novo sistema permite a passagem de moléculas muito menores, em distâncias maiores (até meio milímetro), do que qualquer nanocanal existente. Atualmente, o nanocanal mais comumente estudado é um nanoporo de silício, feito perfurando um orifício através de uma membrana de silício. Contudo, esses canais são muito mais curtos do que os novos canais de nanotubos (os nanotubos têm cerca de 20, 000 vezes mais), portanto, eles só permitem a passagem de moléculas grandes, como DNA ou polímeros - qualquer coisa menor se moveria rápido demais para ser detectada.

p Strano e seus co-autores - recente recebedor do PhD Chang Young Lee, o estudante de graduação Wonjoon Choi e o associado de pós-doutorado Jae-Hee Han - construíram seu novo nanocanal cultivando um nanotubo em uma placa de um centímetro por um centímetro, conectando dois reservatórios de água. Cada reservatório contém um eletrodo, um positivo e um negativo. Porque a eletricidade pode fluir apenas se prótons - íons de hidrogênio carregados positivamente, que compõem a corrente elétrica - pode viajar de um eletrodo para o outro, os pesquisadores podem determinar facilmente se os íons estão viajando através do nanotubo.

p Eles descobriram que os prótons fluem de forma constante através do nanotubo, carregando uma corrente elétrica. Os prótons fluem facilmente através do nanocanal porque são tão pequenos, mas os pesquisadores observaram que outros íons carregados positivamente, como sódio, também pode passar, mas apenas se for aplicado campo elétrico suficiente. Os íons de sódio são muito maiores do que os prótons, então eles demoram mais para atravessar assim que entram. Enquanto viajam pelo canal, eles bloqueiam o fluxo de prótons, levando a uma breve interrupção na corrente conhecida como efeito Coulter.

p Strano acredita que os canais permitem que apenas íons carregados positivamente fluam através deles porque as extremidades dos tubos contêm cargas negativas, que atraem íons positivos. Contudo, ele planeja construir canais que atraiam íons negativos adicionando cargas positivas ao tubo.

p Uma vez que os pesquisadores tenham esses dois tipos de canais, eles esperam embuti-los em uma membrana que também poderia ser usada para dessalinização de água. Mais de 97 por cento da água da Terra está nos oceanos, mas esse vasto reservatório é intragável, a menos que o sal seja removido. Os métodos atuais de dessalinização, destilação e osmose reversa, são caros e requerem muita energia. Portanto, uma membrana de nanotubo que permite que íons de sódio e cloreto (que têm carga negativa) fluam para fora da água do mar pode se tornar uma maneira mais barata de dessalinizar a água.

p Este estudo marca a primeira vez que íons individuais dissolvidos em água foram observados em temperatura ambiente. Isso significa que os nanocanais também podem detectar impurezas, como arsênico ou mercúrio, na água potável. (Os íons podem ser identificados pelo tempo que levam para cruzar o canal, que depende de seu tamanho). “Se um único íon de arsênio está flutuando na solução, você poderia detectá-lo, ”Diz Strano.