Cientistas do SANKEN (Instituto de Pesquisa Científica e Industrial) da Universidade de Osaka mediram os efeitos térmicos do fluxo iônico através de um nanoporo usando um termopar. Eles descobriram que, na maioria das condições, tanto a corrente quanto a potência de aquecimento variavam com a tensão aplicada, conforme previsto pela lei de Ohm. Este trabalho pode levar a sensores em nanoescala mais avançados.
Os nanoporos, que são pequenas aberturas em uma membrana tão pequenas que apenas uma única fita de DNA ou partícula de vírus pode passar, são uma nova plataforma empolgante para a construção de sensores. Muitas vezes, uma tensão elétrica é aplicada entre os dois lados da membrana para atrair a substância a ser analisada através do nanoporo. Ao mesmo tempo, íons carregados na solução podem ser transportados, mas seu efeito sobre a temperatura não foi amplamente estudado. Uma medição direta dos efeitos térmicos causados ​​por esses íons pode ajudar a tornar os nanoporos mais práticos como sensores.

Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Osaka criou um termopar feito de nanofios de ouro e platina com um ponto de contato de apenas 100 nm de tamanho que serviu como termômetro. Ele foi usado para medir a temperatura diretamente ao lado de um nanoporo cortado em um filme de 40 nm de espessura suspenso em uma pastilha de silício.

O aquecimento Joule ocorre quando a energia elétrica é convertida em calor pela resistência em um fio. Esse efeito ocorre em torradeiras e fogões elétricos, e pode ser pensado como espalhamento inelástico pelos elétrons quando colidem com os núcleos do fio. No caso de um nanoporo, os cientistas descobriram que a energia térmica foi dissipada na proporção do momento do fluxo iônico, o que está de acordo com as previsões da lei de Ohm. Ao estudar um nanoporo de 300 nm, os pesquisadores registraram a corrente iônica de uma solução salina tamponada com fosfato em função da voltagem aplicada. “Demonstramos um comportamento quase ôhmico em uma ampla gama de condições experimentais”, diz o primeiro autor Makusu Tsutsui.

Com nanoporos menores, o efeito de aquecimento tornou-se mais pronunciado, porque menos fluido do lado mais frio poderia passar para equalizar a temperatura. Como resultado, o aquecimento pode causar um efeito não desprezível, com os nanoporos experimentando um aumento de temperatura de alguns graus sob condições operacionais padrão. “Esperamos o desenvolvimento de novos sensores de nanoporos que possam não apenas identificar vírus, mas também desativá-los ao mesmo tempo”, diz o autor sênior Tomoji Kawai. Os pesquisadores propuseram outras situações em que o aquecimento pode ser benéfico – por exemplo, para evitar que o nanoporo seja obstruído por um polímero ou para separar as fitas de DNA que estão sendo sequenciadas.

O artigo, "Ionic heat dissipation in solid-state pores", foi publicado em Science Advances . + Explorar mais

Extração in situ e detecção de DNA usando nanoporos