Os cientistas criam ‘nanomáquinas de classificação digital’ usando vigas de elétrons para manipular o óxido de grafeno


Os cientistas criam ‘nanomáquinas de classificação digital’ usando vigas de elétrons para manipular o óxido de grafeno

Visão geral da classificação dinâmica de óxido de grafeno: (a) O sistema usa vigas de elétrons nas membranas de nitreto de silício para criar padrões de campo elétrico que geram forças opostas nas folhas de óxido de grafeno. (b) Estado inicial com folhas de óxido de grafeno em uma solução. (c) Etapa do meio mostrando as folhas puxadas em direção ao padrão por fluxo eletroosmótico. (d) Estágio last, onde as folhas de tamanho diferente se afastam do padrão em diferentes velocidades devido a forças de repulsão eletroforética. As folhas menores se movem mais rápido devido à sua maior proporção de carga / massa superficial. Crédito: Sasaki e Hoshino, 2025

Pesquisadores da Universidade de Nagoya, no Japão, desenvolveram uma interface que cria “nanomáquinas de classificação digital” sem a necessidade de fabricar dispositivos reais.

Ao projetar vigas de elétrons em membranas finas de nitreto de silício, eles geraram campos elétricos programáveis ​​que funcionam como dispositivos microfluídicos – sistemas que movem quantidades muito pequenas de fluidos através de canais microscópicos. Isso permite que eles se movam e classifiquem nanomateriais por tamanho em qualquer native e hora desejados.

As descobertas são publicadas na revista Colóides e superfícies A: físico -químico e engenharia.

Os cientistas usaram (GO), um materials de carbono com apenas um átomo de espessura. Suas propriedades e interações celulares variam de acordo com o tamanho da folha, tornando importantes os métodos de classificação de tamanho. Os métodos tradicionais precisam de dispositivos microfluídicos pré -fabricados complexos com estruturas fixas.

O novo método take away essa limitação criando padrões de campo elétrico temporário e programável que podem ser movidos instantaneamente ou reconfigurados. Isso permite uma classificação precisa das folhas de GO, que podem capturar poluentes, solventes e biomoléculas com base em suas propriedades dependentes de tamanho.







Padrões de anel emitidos por campos elétricos para classificar folhas de óxido de grafeno. Crédito: Sasaki e Hoshino, 2025

Quando os padrões de campo elétrico são projetados em uma solução com folhas Go, duas forças funcionam simultaneamente, mas em direções opostas: um fluxo eletroosmótico puxa os lençóis em direção ao padrão, e uma força de repulsão eletroforética os empurra. Esse movimento ocorre devido à diferença na proporção de carga superficial e massa entre as folhas de vias de tamanhos diferentes.

As folhas menores têm menos cobrança complete, mas também têm significativamente menos massa e quantity. Isso lhes dá uma maior relação de carga / massa superficial, fazendo com que eles se movam mais rapidamente quando repelidos pelo campo elétrico. Os pesquisadores mediram as velocidades de lençóis de tamanho diferente (5-50 μm2) e descobriu que, à medida que o tamanho da folha diminui, a velocidade de repulsão aumenta proporcionalmente.

Isso lhes permitiu separar as folhas por tamanho em locais específicos e criar nanomáquinas de classificação digital que aparecem sob demanda e não requerem dispositivos microfluídicos pré -fabricados complexos.







Padrões de semi-círculo emitidos por campos elétricos para classificar folhas de óxido de grafeno. Crédito: Sasaki e Hoshino, 2025

Os pesquisadores foram capazes de melhorar o controle sobre as folhas de grafeno alterando o padrões. Por exemplo, eles fizeram diferentes padrões de anel que mudam periodicamente para melhorar a separação de folhas de vários tamanhos e criaram padrões de semi-círculo em movimento para empurrar as folhas em diferentes direções na solução.

“Esta pesquisa representa uma mudança de paradigma no processamento nanomaterial”, Ph.D. O aluno e o principal autor Ken Sasaki comentou. “Em vez de construir dispositivos microfluídicos complexos, agora podemos programar nanomáquinas virtuais que aparecem e funcionam sob demanda. Isso permite a fabricação sem materials onde é realizado por campos de força programáveis ​​”.

O professor Takayuki Hoshino, do Departamento de Ciência e Engenharia Mecânica de Micro-Nano, na Universidade de Nagoya, destacou que essa tecnologia tem um potencial significativo para e aplicações de saúde.

“Por exemplo, se ocorrer um derramamento industrial, essa tecnologia poderá ser desenvolvida para a implantação no native para classificar as folhas para a remoção perfect de contaminantes, em vez de transportar materiais para uma instalação primeiro”, explicou ele.

Mais informações:
Ken Sasaki et al., Dimension fracionamento de folhas de óxido de grafeno por eletroforese localizada por redução de feixe de elétrons, Colóides e superfícies A: aspectos físico -químicos e de engenharia (2025). Doi: 10.1016/j.colsurfa.2025.137056

Citação: Os cientistas criam ‘nanomáquinas de classificação digital’ usando vigas de elétrons para manipular o óxido de grafeno (2025, 22 de maio) recuperado em 22 de maio de 2025 em https://phys.org/information/2025-05-scientists- virtual-nanomachines-elecronCeren-Gefene.htmliml

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