Nanotecnologia

Descoberto novo fenômeno elétrico em nanoescala

Descoberto novo fenômeno elétrico em nanoescala
Em nanoescala, o vidro se torna condutor ao ser submetido a um forte campo elétrico. Os objetos em formato de disco são glóbulos vermelhos no interior do biochip, mostrados para comparação das dimensões dos microcanais. [Imagem: Alan J. Hunt]

Cientistas da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos, descobriram que, na escala da nanotecnologia, os fenômenos elétricos mostram comportamentos diferentes, com possibilidade de exploração tecnológica imediata.

Ruptura dielétrica

No mundo em macroescala, os materiais chamados condutores elétricos efetivamente transmitem eletricidade.

Já os materiais chamados isolantes, ou dielétricos, não conduzem eletricidade - a não ser que sejam submetidos a uma tensão extremamente alta, a chamada tensão de ruptura dielétrica.

O problema é que, como acontece quando um raio cai em uma árvore - a madeira é um isolante - o rompimento do dielétrico danifica irreversivelmente o material por onde a eletricidade finalmente passa na base da força bruta.

Barreira dielétrica

A equipe do professor Alan Hunt demonstrou que, em nanoescala, ruptura dielétrica não causa danos ao material.

Uma minúscula fita de vidro mantém totalmente a sua integridade estrutural mesmo depois que a tensão elétrica é elevada a um nível suficiente para forçar que a corrente a atravesse.

"Este é um fenômeno novo, um fenômeno físico verdadeiramente em nanoescala," disse Hunt. "Em escalas maiores ele não funciona. Você só obtém um aquecimento extremo e danos ao material."

Devido às pequenas dimensões dos materiais em nanoescala, não apenas a tensão de ruptura do dielétrico é muito menor do que o material maciço, mas também o calor gerado dissipa-se de forma extraordinariamente rápida, não dando tempo para que o material seja danificado.

Fios de vidro líquido

Devido ao seu comportamento inusitado, os pesquisadores chamaram as fitas de vidro de eletrodos de vidro líquido.

As fitas de vidro líquido podem ser a melhor solução para a integração de funcionalidades eletrônicas aos biochips e microarrays, minúsculos laboratórios ultracompactos, não maiores do que um chip de computador, capazes de fazer em instantes análises clínicas que hoje levam horas ou dias.

A maioria desses microlaboratórios precisa de uma fonte de energia para funcionar e para alimentar seus sensores. Inserir fios em dispositivos desse tamanho, contudo, torna sua fabricação muito mais cara e complicada.

A substituição dos fios por segmentos específicos de vidro, o mesmo material do restante do biochip, pode ser um grande facilitador.

"O projeto dos dispositivos microfluídicos é limitado por causa do problema de energia," disse Hunt. "Agora nós podemos construir os eletrodos diretamente no dispositivo."

Fluidos iônicos

Para não precisar usar fios para rotear a eletricidade no interior dos biochips, a equipe de Hunt "desenha" microcanais ao longo dos quais fluidos iônicos conduzem a eletricidade no interior do biochip.

Para evitar contaminação, contudo, o líquido iônico não pode entrar em contato com a amostra sendo examinada. Por isso, os canais condutores de energia terminam antes do ponto da medição, sendo separados das amostras biológicas por uma finíssima lâmina de vidro.

Graças ao fenômeno agora descoberto, essa membrana pode ser construída de forma a permitir a transmissão da eletricidade, apresentando uma tensão definida de ruptura dielétrica, eliminando a complicação dos fios de ouro normalmente utilizados e o risco da contaminação.

Como o material em nanoescala não é danificado, o biochip pode ser utilizado inúmeras vezes.

Bibliografia:

Liquid glass electrodes for nanofluidics
Sanghyun Lee, Ran An, Alan J. Hunt
Nature Nanotechnology
16 May 2010
Vol.: Published online before print
DOI: 10.1038/nnano.2010.81




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