Los investigadores del MIT han descubierto un fenómeno que podría aprovecharse para controlar el movimiento de partículas diminutas que flotan en suspensión. Este enfoque, que requiere simplemente aplicar un campo eléctrico externo, puede conducir en última instancia a nuevas formas de realizar ciertos procesos industriales o médicos que requierenseparación de pequeños materiales suspendidos.
Los hallazgos se basan en una versión electrocinética del fenómeno que le da a las bolas curvas su curva, conocido como efecto Magnus. Zachary Sherman PhD '19, quien ahora es un postdoctorado en la Universidad de Texas en Austin, y profesor de ingeniería química del MITJames Swan describe el nuevo fenómeno en un artículo publicado en la revista Cartas de revisión física .
El efecto Magnus hace que un objeto giratorio sea arrastrado en una dirección perpendicular a su movimiento, como en la bola curva; se basa en fuerzas aerodinámicas y opera a escalas macroscópicas, es decir, en objetos fácilmente visibles, pero no en partículas más pequeñas.El nuevo fenómeno, inducido por un campo eléctrico, puede impulsar partículas a escalas nanométricas, moviéndolas en una dirección controlada sin ningún contacto o partes móviles.
El descubrimiento fue una sorpresa, ya que Sherman estaba probando un nuevo software de simulación para las interacciones de pequeñas partículas a nanoescala que estaba desarrollando, dentro de campos magnéticos y eléctricos. El caso de prueba que estaba estudiando implica colocar partículas cargadas en un líquido electrolítico, que son líquidos con iones, o átomos o moléculas cargados, en ellos.
Se sabía, dice, que cuando se colocan partículas cargadas de unas pocas decenas a cientos de nanómetros de diámetro en tales líquidos, permanecen suspendidas en su interior en lugar de asentarse, formando un coloide. Luego, los iones se agrupan alrededor de las partículas. El nuevo softwaresimuló con éxito esta agrupación de iones. A continuación, simuló un campo eléctrico a través del material. Se esperaría que esto indujera un proceso llamado electroforesis, que impulsaría las partículas en la dirección del campo aplicado. Una vez más, el software simuló correctamente el proceso.
Entonces Sherman decidió impulsarlo más y gradualmente aumentó la fuerza del campo eléctrico. "Pero luego vimos algo gracioso", dice. "Si el campo fuera lo suficientemente fuerte, obtendría electroforesis normal por un poquito, pero luego los coloides comenzarían a girar espontáneamente ". Y ahí es donde entra en juego el efecto Magnus.
No solo las partículas giraban en las simulaciones a medida que avanzaban, sino que "esos dos movimientos se acoplaron y la partícula giratoria se desviaría de su camino", dice. "Es un poco extraño, porque se aplica una fuerzaen una dirección, y luego la cosa se mueve en una dirección ortogonal [ángulo recto] a lo que has especificado. "Es directamente análogo a lo que sucede aerodinámicamente con pelotas giratorias, dice." Si lanzas una bola curva en el béisbol,va en la dirección en la que lo arrojaste, pero luego también se desvía. Así que esta es una especie de versión microscópica del conocido efecto Magnus macroscópico ".
Cuando el campo aplicado fue lo suficientemente fuerte, las partículas cargadas tomaron un movimiento fuerte en la dirección perpendicular al campo. Esto podría ser útil, dice, porque con la electroforesis "la partícula se mueve hacia uno de los electrodos y se ejecutaen este problema donde la partícula se moverá y luego se topará con el electrodo, y dejará de moverse. Por lo tanto, realmente no se puede generar un movimiento continuo con solo electroforesis ".
En cambio, dado que este nuevo efecto va en ángulo recto con el campo aplicado, podría usarse, por ejemplo, para impulsar partículas a lo largo de un microcanal, simplemente colocando electrodos en la parte superior e inferior. De esa manera, dice, la partícula lo hará "simplemente muévase a lo largo del canal, y nunca chocará con los electrodos ". Eso lo convierte, dice," en realidad una forma más eficiente de dirigir el movimiento de partículas microscópicas ".
Hay dos tipos diferentes de ejemplos de procesos en los que esta capacidad podría ser útil, dice. Uno es usar la partícula para entregar algún tipo de "carga" a una ubicación específica. Por ejemplo, la partícula podría estar adherida aun fármaco terapéutico "y estás intentando llevarlo a un sitio objetivo que necesita ese fármaco, pero no puedes conseguirlo allí directamente", dice. O la partícula puede contener algún tipo de reactivo químico o catalizador que necesitapara ser dirigido a un canal específico para llevar a cabo la reacción deseada.
El otro ejemplo es una especie de proceso inverso: recoger algún tipo de material objetivo y traerlo de vuelta. Por ejemplo, una reacción química para generar un producto también podría generar muchos subproductos no deseados ".forma de sacar un producto ", dice. Estas partículas se pueden usar para capturar el producto y luego extraerse mediante el campo eléctrico aplicado." De esta manera, actúan como pequeñas aspiradoras ", dice.coloque lo que desee, y luego podrá moverlo a otro lugar y luego liberar el producto donde sea más fácil de recolectar ".
Dice que este efecto debería aplicarse a una amplia gama de tamaños de partículas y materiales de partículas, y el equipo continuará estudiando cómo las diferentes propiedades de los materiales afectan la velocidad de rotación o la velocidad de traslación de este efecto. El fenómeno básico debería aplicarse a prácticamente cualquiercombinación de materiales para las partículas y el líquido en el que están suspendidas, siempre que los dos difieran entre sí en términos de una propiedad eléctrica llamada constante dieléctrica.
Los investigadores observaron materiales con una constante dieléctrica muy alta, como partículas metálicas, suspendidas en un electrolito de conducción mucho más baja, como agua o aceites ". Pero también es posible que pueda ver esto con dos materiales que tenganun contraste "en la constante dieléctrica, dice Sherman, por ejemplo, con dos aceites que no se mezclan y, por lo tanto, forman gotas en suspensión.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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