p A superfície de uma única célula contém centenas de minúsculos poros, ou canais iônicos, cada um dos quais é um portal para íons específicos. Os canais de íons têm normalmente cerca de 1 nanômetro de largura; mantendo o equilíbrio certo de íons, eles mantêm as células saudáveis ​​e estáveis. p Agora, os pesquisadores do MIT criaram poros minúsculos em folhas únicas de grafeno que têm uma gama de preferências e características semelhantes às dos canais iônicos em células vivas.

p Cada poro de grafeno tem menos de 2 nanômetros de largura, tornando-os um dos menores poros através dos quais os cientistas já estudaram o fluxo de íons. Cada um também é exclusivamente seletivo, preferindo transportar certos íons sobre outros através da camada de grafeno.

p “O que vemos é que há muita diversidade nas propriedades de transporte desses poros, o que significa que há muito potencial para adaptar esses poros a diferentes aplicações ou seletividades, "diz Rohit Karnik, professor associado de engenharia mecânica no MIT.

p Karnik diz que os nanoporos de grafeno podem ser úteis como sensores, por exemplo, detectar íons de mercúrio, potássio, ou flúor em solução. Essas membranas seletivas de íons também podem ser úteis na mineração:No futuro, pode ser possível fazer nanoporos de grafeno capazes de separar vestígios de íons de ouro de outros íons de metal, como prata e alumínio.

p Karnik e o ex-aluno de graduação Tarun Jain, junto com Benjamin Rasera, Ricardo Guerrero, Michael Boutilier, e Sean O'Hern do MIT e Juan-Carlos Idrobo do Laboratório Nacional de Oak Ridge, publicar seus resultados hoje no jornal Nature Nanotechnology .

p Personalidade dinâmica

p Em células vivas, a diversidade de canais iônicos pode surgir do tamanho e do arranjo atômico preciso dos canais, que são ligeiramente menores do que os íons que fluem através deles.

p "Quando os nanoporos ficam menores do que o tamanho hidratado do íon, então você começa a ver um comportamento interessante emergir, "Jain diz.

p Em particular, íons hidratados, ou íons em solução, são cercados por uma camada de moléculas de água que se prendem ao íon, dependendo de sua carga elétrica. Se um íon hidratado pode passar por um determinado canal de íons depende do tamanho desse canal e da configuração em escala atômica.

p Karnik concluiu que o grafeno seria um material adequado para criar canais de íons artificiais:uma folha de grafeno é uma rede ultrafina de átomos de carbono com a espessura de um átomo, então os poros no grafeno são definidos na escala atômica.

p Para criar poros no grafeno, o grupo usou deposição química de vapor, um processo normalmente usado para produzir filmes finos. No grafeno, o processo cria naturalmente pequenos defeitos. Os pesquisadores usaram o processo para gerar poros do tamanho de nanômetros em várias folhas de grafeno, que tinha uma semelhança com o queijo suíço ultrafino.

p Os pesquisadores então isolaram poros individuais colocando cada folha de grafeno sobre uma camada de nitreto de silício que havia sido perfurada por um feixe de íons, cujo diâmetro é ligeiramente menor do que o espaçamento entre os poros do grafeno. O grupo concluiu que quaisquer íons fluindo através da configuração de duas camadas provavelmente teriam passado primeiro por um único poro de grafeno, e então através do orifício maior de nitreto de silício.

p O grupo mediu fluxos de cinco íons de sal diferentes através de várias configurações de folha de grafeno, aplicando uma voltagem e medindo a corrente que flui através dos poros. As medições de corrente-tensão variaram amplamente de poro a poro, e de íon para íon, com alguns poros permanecendo estáveis, enquanto outros balançavam para frente e para trás em condutância - uma indicação de que os poros eram diversos em suas preferências para permitir a passagem de certos íons.

p “A imagem que surge é que cada poro é diferente e que os poros são dinâmicos, "Karnik diz." Cada poro começa a desenvolver sua própria personalidade. "

p Nova fronteira

p Karnik e Jain desenvolveram um modelo para interpretar as medições, e usou-o para traduzir as medições do experimento em estimativas do tamanho dos poros. Com base no modelo, eles descobriram que o diâmetro de muitos dos poros estava abaixo de 1 nanômetro, o que - dada a espessura de um átomo do grafeno - os torna um dos menores poros através dos quais os cientistas estudaram o fluxo de íons.

p Com o modelo, o grupo calculou o efeito de vários fatores no comportamento dos poros, e descobriram que o comportamento dos poros observado foi capturado por três características principais:o tamanho do poro, sua carga elétrica, e a posição dessa carga ao longo do comprimento de um poro.

p Sabendo disso, os pesquisadores podem um dia ser capazes de adaptar os poros em nanoescala para criar membranas específicas de íons para aplicações como detecção ambiental e mineração de traços de metais.

p "É uma espécie de nova fronteira em tecnologias de membrana, e na compreensão do transporte através desses poros realmente pequenos em materiais ultrafinos, "Karnik diz.