Pesquisadores da Universidade de Osaka investigaram as mudanças na energia térmica através dos nanoporos que permitem o fluxo seletivo de íons. Desligar o fluxo de íons em uma direção levou a um efeito de resfriamento. As descobertas têm aplicações em dispositivos nanofluídicos e fornecem informações sobre os fatores que governam os canais iônicos nas células. O material nanoporo poderia ser adaptado para ajustar o resfriamento e matrizes poderiam ser produzidas para aumentar o efeito.



Você já se perguntou como a água ferve em uma chaleira elétrica? A maioria das pessoas pode pensar que a eletricidade simplesmente aquece a bobina de metal dentro da chaleira, que então transfere o calor para a água. Mas a eletricidade pode fazer mais do que isso. O calor pode ser gerado quando a eletricidade faz com que os íons na solução fluam. Quando todos os íons e moléculas circundantes podem se mover livremente, esse efeito de aquecimento é uniforme em toda a solução. Agora, pesquisadores do Japão investigaram o que acontece quando esse fluxo é bloqueado em uma direção.

Em um estudo publicado no Device , a equipe liderada por pesquisadores do SANKEN (Instituto de Pesquisa Científica e Industrial), da Universidade de Osaka, mostrou que é possível obter resfriamento usando um nanoporo – um orifício muito pequeno em uma membrana – como uma porta de entrada que permite apenas certos íons através.

Em geral, o uso de eletricidade para conduzir íons em soluções atrai íons com carga positiva e íons com carga negativa em direções opostas. Portanto, a energia térmica transportada pelos íons viaja nos dois sentidos.

Se o caminho dos íons for obstruído por uma membrana com apenas um nanoporo para passar, será possível controlar o fluxo. Por exemplo, se a superfície do poro estiver carregada negativamente, os íons negativos poderão interagir com ela em vez de passar, e apenas os íons positivos fluirão, levando consigo sua energia.

“Em altas concentrações de íons, medimos um aumento na temperatura à medida que a energia elétrica aumentava”, explica o principal autor do estudo, Makusu Tsutsui. "No entanto, em baixas concentrações, os íons negativos disponíveis interagiram com a parede do nanoporo carregada negativamente. Portanto, apenas íons carregados positivamente passaram através do nanoporo e uma diminuição na temperatura foi observada."

A refrigeração iônica demonstrada poderia ser usada para resfriamento em sistemas microfluídicos – configurações usadas para mover, misturar ou investigar volumes muito pequenos de líquidos. Esses sistemas são importantes em muitas disciplinas, da microeletrônica à nanomedicina.

Além disso, as descobertas podem ajudar a aprofundar a compreensão dos canais iônicos, que desempenham papéis cruciais no maquinário perfeitamente equilibrado das células. Essa visão pode ser fundamental para a compreensão da função e da doença, bem como para a concepção de tratamentos.

“Estamos entusiasmados com a amplitude do impacto potencial das nossas descobertas”, afirma o autor principal do estudo, Tomoji Kawai. "Há um escopo considerável para que o material nanoporo seja adaptado para ajustar o resfriamento. Além disso, conjuntos de nanoporos poderiam ser criados para amplificar o efeito."

A lista de áreas que poderiam ser melhoradas pelas descobertas é realmente considerável e se estende ao uso de um gradiente de temperatura para gerar potencial elétrico. Isto poderia ser aplicado para detecção de temperatura ou na coleta de energia azul.

Mais informações: Makusu Tsutsui et al, Resfriamento Peltier para gerenciamento térmico em dispositivos nanofluídicos, Dispositivo (2023). DOI:10.1016/j.device.2023.100188
Informações do diário: Dispositivo

Fornecido pela Universidade de Osaka