p Nanogeradores triboelétricos (TENG) convertem a energia mecânica coletada do ambiente em eletricidade para alimentar pequenos dispositivos, como sensores ou para recarregar eletrônicos de consumo. Agora, pesquisadores usaram esses dispositivos para melhorar o carregamento de moléculas de uma forma que aumenta drasticamente a sensibilidade de uma técnica de análise química amplamente utilizada. p Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia mostraram que a substituição de fontes de alimentação convencionais por dispositivos TENG para carregar as moléculas que estão sendo analisadas pode aumentar a sensibilidade dos espectrômetros de massa a níveis sem precedentes. A melhoria também permite que a identificação seja feita com volumes de amostra menores, potencialmente conservando biomoléculas preciosas ou misturas químicas que podem estar disponíveis apenas em quantidades mínimas.

p Embora o mecanismo pelo qual o aprimoramento ocorre exija mais estudo, os pesquisadores acreditam que os aspectos únicos da saída do TENG - alta tensão oscilante e corrente controlada - permitem melhorias no processo de ionização, aumentando a tensão aplicada sem danificar as amostras ou o instrumento. A pesquisa, que foi apoiado pela National Science Foundation, Programa de Astrobiologia da NASA e do Departamento de Energia, é relatado em 27 de fevereiro no jornal Nature Nanotechnology .

p "Nossa descoberta é basicamente uma maneira nova e muito controlada de colocar carga nas moléculas, "disse Facundo Fernández, um professor da Escola de Química e Bioquímica da Georgia Tech que usa espectrometria de massa para estudar tudo, desde pequenas moléculas de drogas a grandes proteínas. "Nós sabemos exatamente quanta carga produzimos usando esses nanogeradores, permitindo-nos atingir níveis de sensibilidade inéditos - na escala do zeptomole. Podemos medir até literalmente centenas de moléculas sem marcação. "

p Fernández e sua equipe de pesquisa trabalharam com Zhong Lin Wang, pioneira no desenvolvimento da tecnologia TENG. Wang, professor da Regents na Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Georgia Tech, disse que os TENGs fornecem níveis de carga consistentes que produzem pulsos de íons quantizados de duração ajustável, polaridade e frequência.

p "A chave aqui é que a carga total entregue em cada ciclo é totalmente controlada e constante, independentemente da velocidade em que o TENG é acionado, "disse Wang, que detém a cadeira Hightower na Escola de Ciência e Engenharia de Materiais. "Esta é uma nova direção para os nanogeradores triboelétricos e abre uma porta para o uso da tecnologia no projeto de instrumentação e equipamentos futuros. Esta pesquisa demonstra outro impacto prático da tecnologia TENG."

p A espectrometria de massa mede a relação massa-carga de íons para identificar e quantificar moléculas em misturas simples e complexas. A tecnologia é usada em uma ampla gama de campos científicos e aplicações, com moléculas que variam de pequenos compostos de drogas em até grandes biomoléculas. A espectrometria de massa é usada na biomedicina, Ciência gastronômica, segurança Interna, biologia de sistemas, descoberta de drogas e outras áreas.

p Mas nas técnicas convencionais de espectrometria de massa por eletropulverização, até 99 por cento da amostra pode ser desperdiçada durante a ionização, disse Fernández, que detém a cadeira da Fundação Vasser Woolley em Química Bioanalítica. Isso ocorre principalmente porque em sistemas convencionais, o processo de análise de massa é pulsado ou escaneado, enquanto a ionização das amostras é contínua. A nova fonte de energia pulsada TENG permite aos cientistas cronometrar a ionização para coincidir com o que está acontecendo dentro do espectrômetro de massa, especificamente dentro de um componente conhecido como analisador de massa.

p Além de melhorar a sensibilidade e a capacidade de analisar quantidades de amostra muito pequenas, a nova técnica também permite a deposição de íons em superfícies, mesmo os não condutores. Isso porque a ionização oscilante produz uma sequência de cargas alternadas positivas e negativas, produzindo uma superfície neutra líquida, Disse Fernández.

p Os espectrômetros de massa requerem grandes quantidades de energia para criar o vácuo essencial para medir a razão massa-carga de cada molécula. Embora seja possível que futuros dispositivos TENG possam alimentar um espectrômetro de massa em miniatura inteiro, os dispositivos TENG agora são usados ​​apenas para ionizar amostras.

p "Os nanogeradores poderiam eliminar uma grande parte do sistema do espectrômetro de massa porque não precisariam de um dispositivo mais poderoso para fazer os íons, "Disse Fernández." Isso pode ser particularmente aplicável a condições extremas e adversas, como em um campo de batalha ou no espaço, onde você precisaria de uma unidade muito robusta e independente. "

p Nanogeradores triboelétricos, desenvolvido por Wang em 2012, usar uma combinação do efeito triboelétrico e indução eletrostática para gerar pequenas quantidades de energia elétrica a partir de movimento mecânico, como rotação, deslizamento ou vibração. O efeito triboelétrico aproveita o fato de que certos materiais tornam-se eletricamente carregados após entrarem em contato móvel com uma superfície feita de um material diferente. Wang e sua equipe de pesquisa desenvolveram TENGs com quatro modos de trabalho diferentes, incluindo um disco giratório que pode ser ideal para experimentos de espectrometria de massa de alto rendimento. Este artigo é a primeira publicação sobre uma aplicação do TENG a um instrumento avançado.

p A equipe de Wang mediu os níveis de tensão no ionizador de massa entre 6, 000 e 8, 000 volts. Ionizadores padrão normalmente operam em menos de 1, 500 volts. A tecnologia tem sido usada com ionização por eletrospray e ionização por descarga de plasma, com a flexibilidade de gerar pulsos de íons de polaridade única ou de polaridade alternada.

p "Como a voltagem desses nanogeradores é alta, acreditamos que o tamanho das gotas da amostra pode ser muito menor do que com a forma convencional de fazer íons, "Fernández disse." Isso aumenta a eficiência de geração de íons. Estamos operando em um regime de eletrospray completamente diferente, e pode mudar completamente a maneira como essa tecnologia é usada. "

p A tecnologia TENG pode ser adaptada aos espectrômetros de massa existentes, como Fernández já fez em seu laboratório. Com a publicação do artigo de jornal, ele espera que outros laboratórios comecem a explorar o uso dos dispositivos TENG em espectrometria de massa e outras áreas. "Vejo potencial não apenas na química analítica, mas também em síntese, eletroquímica e outras áreas que requerem uma forma controlada de produção de cargas elétricas, "Fernández disse.

p A pesquisa foi iniciada por pós-doutorandos nos dois grupos de laboratório, Anyin Li e Yunlong Zi. "Este projeto realmente mostra como a inovação pode acontecer nas fronteiras entre diferentes disciplinas, quando os cientistas estão livres para buscar novas ideias, "Fernández acrescentou.