Pesquisadores do Instituto Nano da Universidade de Sydney e da Escola de Quí­mica revelaram que pequenas bolhas de gás osnanobolhas com apenas 100 bilionanãsimos de metro de altura osse formam emsuperfÍcies em situações inesperadas, fornecendo uma nova maneira de reduzir o arrasto em dispositivos de pequena escala.

O arrasto do la­quido dentro dos microdispositivos pode levar a incrustações internas (acaºmulo de materiais biola³gicos indesejados) ou danificar amostras biológicas, como células, devido a  alta pressão. Assim, a descoberta pode abrir caminho para o desenvolvimento de melhores ferramentas de diagnóstico médico, como dispositivos lab-on-a-chip que realizam análises de DNA ou são usados ​​para detecção biomédica de patógenos de doena§as.

A equipe, liderada pela professora Chiara Neto, desenvolveu revestimentos enrugados de nanoengenharia que reduzem o arrasto em até38% em comparação comsuperfÍcies sãolidas nominalmente 'lisas' . Os revestimentos escorregadios, uma vez infundidos com um lubrificante, também são altamente resistentes a  bioincrustação.

Usando microscopia de força atômica - um microsca³pio de varredura de alta­ssima resolução - a equipe descobriu que os fluidos que passam por canais microestruturados com essassuperfÍcies eram capazes de deslizar com menor atrito devido a  formação esponta¢nea de nanobolhas, um fena´meno nunca antes descrito .

Os resultados são publicados esta semana na Nature Communications .

Muitas ferramentas de diagnóstico médico dependem da análise em pequena escala de pequenas quantidades de materiais biola³gicos e outros em forma la­quida . Esses 'dispositivos microflua­dicos' usam microcanais e microrreatores nos quais as reações geralmente feitas em larga escala em um laboratório de química ou patologia são conduzidas em escala miniaturizada.

A análise de volumes muito menores de material permite diagnósticos mais rápidos e eficientes. No entanto, o problema com dispositivos microflua­dicos éque o fluxo de fluido édrasticamente desacelerado pelo atrito do la­quido com as paredes sãolidas dos canais, criando um grande arrasto hidrodina¢mico. Para superar isso, os dispositivos aplicam altas pressaµes para impulsionar o fluxo.

Por sua vez, a alta pressão dentro desses dispositivos não éapenas ineficiente, mas também pode danificar amostras delicadas no dispositivo, como células e outros materiais macios. Além disso, as paredes sãolidas são facilmente contaminadas por moléculas biológicas ou bactanãrias, levando a  rápida degradação por meio de bioincrustação.

Com efeito, assuperfÍcies infundidas com la­quido substituem a parede sãolida por uma parede la­quida, permitindo o escoamento de um segundo la­quido com menor atrito, exigindo menor pressão. No entanto, o mecanismo pelo qual essassuperfÍcies com infusão de la­quido funcionam não foi compreendido, pois a redução do atrito que essassuperfÍcies oferecem foi relatada como 50 vezes maior do que seria esperado com base na teoria.

O professor Neto e sua equipe descreveram como formaram paredes com infusão de la­quido em seus dispositivos microflua­dicos, desenvolvendo revestimentos enrugados de nanoengenharia que reduzem o arrasto em até38% em comparação com paredes sãolidas. A equipe inclui: Ph.D. o estudante Chris Vega-Sa¡nchez, cujo trabalho nos últimos três anos se concentrou em microflua­dica; Dr. Sam Peppou-Chapman, especialista emsuperfÍcies com infusão de la­quidos; e Dr. Liwen Zhu, especialista em microscopia de força atômica, que da¡ aos cientistas a capacidade de ver atéum bilionanãsimo de metro.

Conduzindo medições microflua­dicas, a equipe revelou que as novassuperfÍcies escorregadias reduziram o arrasto em relação a ssuperfÍcies sãolidas em um grau que seria esperado apenas se asuperfÍcie fosse infundida com ar em vez de um lubrificante viscoso. Nãosatisfeita com a redução bem-sucedida do arrasto, a equipe trabalhou para demonstrar o mecanismo pelo qual assuperfÍcies induziam o deslizamento.

Eles fizeram isso digitalizando assuperfÍcies debaixo d' águausando microscopia de força atômica, permitindo-lhes visualizar a formação esponta¢nea de nanobolhas, a apenas 100 nana´metros de altura nasuperfÍcie. Sua presença explica quantitativamente o enorme deslizamento observado no fluxo microflua­dico.

Parte do trabalho de microscopia foi feito usando as instalações do Centro Australiano de Microscopia e Microanálise da Universidade de Sydney.

O professor Neto disse: "Queremos entender o mecanismo fundamental pelo qual essassuperfÍcies funcionam e ampliar os limites de sua aplicação, especialmente para eficiência energanãtica. Agora que sabemos por que essassuperfÍcies são escorregadias e reduzem o arrasto, podemos projeta¡-las especificamente para minimizar a energia necessa¡ria para conduzir o fluxo em geometrias confinadas e reduzir a incrustação."