p Os pesquisadores do MIT descobriram um fenômeno que poderia ser aproveitado para controlar o movimento de minúsculas partículas flutuando em suspensão. Esta abordagem, que requer simplesmente a aplicação de um campo elétrico externo, pode levar a novas maneiras de realizar certos processos industriais ou médicos que exigem a separação de minúsculos materiais em suspensão. p As descobertas são baseadas em uma versão eletrocinética do fenômeno que dá uma curva às bolas curvas, conhecido como efeito Magnus. Zachary Sherman Ph.D. 19, que agora é pós-doutorado na Universidade do Texas em Austin, e o professor de engenharia química do MIT, James Swan, descrevem o novo fenômeno em um artigo publicado esta semana no jornal Cartas de revisão física .

p O efeito Magnus faz com que um objeto giratório seja puxado em uma direção perpendicular ao seu movimento, como na bola curva; é baseado em forças aerodinâmicas e opera em escalas macroscópicas - ou seja, em objetos facilmente visíveis - mas não em partículas menores. O novo fenômeno, induzido por um campo elétrico, pode impulsionar as partículas em escalas nanométricas, movendo-os em uma direção controlada sem qualquer contato ou partes móveis.

p A descoberta foi uma surpresa, enquanto Sherman estava testando algum novo software de simulação para as interações de minúsculas partículas em nanoescala que ele estava desenvolvendo, dentro de campos magnéticos e elétricos. O caso de teste que ele estava estudando envolve a colocação de partículas carregadas em um líquido eletrolítico, que são líquidos com íons, ou átomos carregados ou moléculas, neles.

p Era sabido, ele diz, que quando as partículas carregadas com apenas algumas dezenas a centenas de nanômetros de diâmetro são colocadas em tais líquidos, elas permanecem suspensas dentro dele em vez de se estabelecerem, formando um colóide. Os íons então se aglomeram em torno das partículas. O novo software simulou com sucesso esse agrupamento de íons. Próximo, ele simulou um campo elétrico através do material. Seria de se esperar que induzisse um processo chamado eletroforese, que impulsionaria as partículas na direção do campo aplicado. Novamente, o software simulou corretamente o processo.

p Então Sherman decidiu ir mais longe, e gradualmente aumentou a força do campo elétrico. "Mas então vimos uma coisa engraçada, "diz ele." Se o campo fosse forte o suficiente, você obteria eletroforese normal por um pouquinho, mas então os colóides começariam a girar espontaneamente. "E é aí que entra o efeito Magnus.

p Não apenas as partículas giravam nas simulações à medida que se moviam, mas "aqueles dois movimentos acoplados, e a partícula giratória se desviaria de seu caminho, "ele diz." É meio estranho, porque você aplica uma força em uma direção, e então a coisa se move em uma direção ortogonal [ângulo reto] para o que você especificou. "É diretamente análogo ao que acontece aerodinamicamente com bolas giratórias, ele diz. "Se você jogar uma bola curva no beisebol, vai na direção em que você jogou, mas então também se desvia. Portanto, esta é uma espécie de versão microscópica do conhecido efeito magnus macroscópico. "

p Quando o campo aplicado era forte o suficiente, as partículas carregadas assumiram um forte movimento na direção perpendicular ao campo. Isso pode ser útil, ele diz, porque com a eletroforese "a partícula se move em direção a um dos eletrodos, e você se depara com este problema em que a partícula se moverá e então atingirá o eletrodo, e ele vai parar de se mover. Portanto, você não pode realmente gerar um movimento contínuo apenas com a eletroforese. "

p Em vez de, uma vez que este novo efeito vai perpendicularmente ao campo aplicado, poderia ser usado, por exemplo, para impulsionar partículas ao longo de um microcanal, simplesmente colocando eletrodos na parte superior e inferior. Dessa maneira, ele diz, a partícula "apenas se moverá ao longo do canal, e nunca vai bater nos eletrodos. "Isso faz com que, ele diz, "na verdade, uma maneira mais eficiente de direcionar o movimento de partículas microscópicas."

p Existem dois tipos diferentes de exemplos de processos em que essa capacidade pode ser útil, ele diz. Uma é usar a partícula para entregar algum tipo de "carga" a um local específico. Por exemplo, a partícula pode estar ligada a um medicamento terapêutico "e você está tentando levá-la a um local alvo que precisa desse medicamento, mas você não pode levar a droga lá diretamente, ", diz ele. Ou a partícula pode conter algum tipo de reagente químico ou catalisador que precisa ser direcionado a um canal específico para realizar a reação desejada.

p O outro exemplo é o inverso desse processo:pegar algum tipo de material alvo e trazê-lo de volta. Por exemplo, uma reação química para gerar um produto também pode gerar muitos subprodutos indesejados. "Então, você precisa de uma maneira de lançar um produto, "diz ele. Essas partículas podem ser usadas para capturar o produto e depois serem extraídas pelo campo elétrico aplicado." Dessa forma, elas funcionam como pequenos aspiradores de pó, "ele diz." Eles pegam o que você quer, e então você pode movê-los para outro lugar, e, em seguida, libere o produto onde for mais fácil de coletar. "

p Ele diz que este efeito deve se aplicar a uma ampla gama de tamanhos de partículas e materiais de partícula, e a equipe continuará a estudar como as diferentes propriedades do material afetam a velocidade de rotação ou a velocidade de translação desse efeito. O fenômeno básico deve se aplicar a virtualmente qualquer combinação de materiais para as partículas e o líquido em que estão suspensas, contanto que os dois difiram um do outro em termos de uma propriedade elétrica chamada constante dielétrica.

p Os pesquisadores analisaram materiais com uma constante dielétrica muito alta, como partículas de metal, suspenso em um eletrólito de condução muito inferior, como água ou óleos. "Mas você também pode ser capaz de ver isso com quaisquer dois materiais que tenham um contraste" na constante dielétrica, Sherman diz, por exemplo, com dois óleos que não se misturam e, portanto, formam gotículas suspensas.