Um novo, simples, e o método barato que usa luz ultravioleta para controlar o movimento das partículas e a montagem dentro de líquidos pode melhorar a distribuição de drogas, sensores químicos, e bombas de fluido. O método incentiva partículas - de microesferas de plástico, para esporos bacterianos, aos poluentes - para reunir e organizar em um local específico dentro de um líquido e, se desejado, para mover para novos locais. Um artigo descrevendo o novo método aparece na revista Angewandte Chemie .

"Muitas aplicações relacionadas a sensores, entrega de drogas, e a nanotecnologia requerem o controle preciso do fluxo de fluidos, "disse Ayusman Sen, Distinto Professor de Química da Penn State e autor sênior do artigo. "Os pesquisadores desenvolveram uma série de estratégias para fazer isso, incluindo nanomotores e bombas de fluido, mas, antes deste estudo, não tínhamos uma maneira fácil de reunir partículas em um local específico para que pudessem desempenhar uma função útil e, em seguida, movê-las para um novo local para que pudessem executar a função novamente.

"Digamos, por exemplo, que você queira construir um sensor para detectar partículas de um poluente, ou esporos bacterianos em uma amostra de água, "disse o Sen." Com este novo método, podemos simplesmente adicionar nanopartículas de ouro ou dióxido de titânio e acender uma luz para estimular a acumulação de partículas poluentes ou esporos. Ao concentrá-los em um único lugar, eles se tornam mais fáceis de detectar. E porque a luz é tão fácil de manipular, temos um alto grau de controle. "

Assim como as partículas poluentes podem ser reunidas em um local específico, o método pode ser usado para coletar grânulos de sílica ou polímero que carregam uma carga útil, como anticorpos ou drogas, em locais específicos dentro de um fluido.

O novo método envolve primeiro a adição de uma pequena quantidade de dióxido de titânio ou nanopartículas de ouro a um líquido, como água, que também contém partículas maiores de interesse, como poluentes ou contas que carregam uma carga útil. Brilhar uma luz em um ponto específico do líquido aquece as minúsculas nanopartículas de metal, e o calor é então transferido para o fluido. O líquido mais quente então sobe no ponto de luz - assim como o ar quente sobe em uma sala fria - e água mais fria corre para preencher o espaço que a água quente acabou de deixar, trazendo as partículas maiores com ele.

"Isso faz com que as partículas maiores se acumulem no ponto de luz ultravioleta, onde eles se formam compactados, estruturas bem organizadas chamadas cristais coloidais, "disse Benjamin Tansi, estudante de graduação em química na Penn State e primeiro autor do artigo. "Mudar a intensidade da luz ou a quantidade de dióxido de titânio ou partículas de ouro altera a rapidez com que esse processo ocorre."

Quando a luz é removida, as partículas maiores se difundem aleatoriamente através do líquido. Mas se a luz for realocada, as partículas maiores se movem em direção ao novo ponto de luz, principalmente mantendo sua estrutura à medida que se movem. Esta montagem dinâmica, desmontagem, e o movimento de partículas organizadas pode ter implicações importantes para a detecção e distribuição de drogas.

"Este processo é mais eficiente quando são utilizadas nanopartículas de ouro, mas queríamos encontrar uma alternativa que fosse menos cara e mais acessível, "disse Tansi." Ficamos satisfeitos em descobrir que este método também funciona com dióxido de titânio, uma nanopartícula barata e inofensiva usada em cosméticos e como aditivo alimentar. "

Além da água, os pesquisadores demonstraram a eficácia deste método em hexadecano, um líquido orgânico.

"As partículas geralmente não se juntam muito bem em ambientes salgados ou não aquosos porque tudo se cola, "disse o Sen." Mas aqui nós mostramos que as partículas podem se montar usando este método em hexadecano, o que sugere que podemos aplicar essa técnica em, por exemplo, fluidos biológicos. Até onde sabemos, esta é a primeira demonstração de bombeamento de fluido movido a luz em um meio orgânico. "

Membros da equipe de pesquisa da Universidade de Pittsburgh liderada por Anna Balazs usaram modelos matemáticos para descrever a dinâmica do sistema. Além de descrever como as partículas se movem no sistema, os modelos confirmam que apenas uma pequena mudança na temperatura - menos de um grau Celsius - da luz ultravioleta é necessária para induzir o fluxo de fluido.

A equipe de pesquisa está testando atualmente os limites deste método, por exemplo, se as partículas podem se mover para cima em direção à fonte de luz ou se o método pode ser usado para classificar as partículas por tamanho.

"Sabíamos que o aquecimento de nanopartículas de ouro em suspensão poderia criar um fluxo de fluido, "disse Tansi, "mas antes deste estudo ninguém tinha olhado para ver se esses tipos de fluxos de fluido acionados termicamente poderiam ser usados ​​para fazer algo útil. Como a luz ultravioleta e o dióxido de titânio são tão fáceis de controlar, achamos que esse método poderia ser aproveitado em várias tecnologias no futuro. Por exemplo, uma bomba de fluido que depende desse método pode potencialmente substituir as bombas tradicionais volumosas e mais caras que requerem uma fonte de energia ou que dependem de magnetismo ou movimento mecânico para funcionar. "