Os investigadores separam as micropartículas de acordo com o seu tamanho e guiam-nas por caminhos diferentes
As aplicações potenciais incluem a administração de medicamentos e o desenvolvimento de novos materiais
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Uma equipa de investigadores das Universidades de Tübingen, Bayreuth e Kassel, e da Academia Polaca de Ciências, desenvolveu um método para controlar com precisão o movimento de micropartículas magnéticas com base no seu tamanho. Estas partículas em suspensão, conhecidas como partículas coloidais, têm tamanhos que variam entre algumas dezenas de nanómetros e vários micrómetros. O seu controlo é importante para aplicações como a administração de medicamentos, os testes médicos laboratoriais e a síntese de novos materiais. O estudo da equipa internacional foi agora publicado na revista Physical Review Letters.
O novo método envolve o posicionamento de micropartículas sobre uma camada magnética que é modelada como um tabuleiro de xadrez. Em estudos anteriores, o transporte magnético das partículas coloidais estava limitado a uma altura específica. A esta distância, embora as forças magnéticas pareçam equilibrar-se mutuamente, as partículas movem-se independentemente do seu tamanho. Por conseguinte, não era possível controlar as partículas especificamente com base no seu tamanho.
Quando se trata de partículas, o tamanho é importante
Os investigadores ultrapassaram agora esta limitação, aproximando as partículas da camada magnética. Isto torna a diferença no tamanho das partículas mais óbvia. "Ao relaxar a restrição de alta elevação, tiramos partido do facto de partículas de diferentes tamanhos experimentarem a paisagem magnética de forma diferente", diz o Dr. Daniel de las Heras, Heisenberg Fellow na Universidade de Tübingen e autor correspondente do estudo.
Os investigadores podem controlar estas partículas utilizando um campo magnético externo uniforme e a sua orientação específica. Criam uma paisagem energética dependente da posição e da altura das micropartículas. As orientações do campo magnético externo que alteram fundamentalmente a forma da paisagem energética são fundamentais. Estas orientações têm contornos em forma de diamante.
Se o campo magnético externo se deslocar em torno destes contornos, as partículas são transportadas entre duas células do padrão de tabuleiro de xadrez. O aspeto crucial é o facto de a dimensão destes contornos se alterar à medida que o tamanho das partículas aumenta. Isto permite aos investigadores controlar com precisão partículas de diferentes tamanhos, simultaneamente e independentemente umas das outras. Assim, um laço do campo magnético pode ser suficientemente grande para abranger a trajetória de uma partícula grande e, assim, pô-la em movimento, ao passo que uma partícula pequena não é detectada, permanecendo estacionária.
Movimento de partículas resistente a perturbações externas
Para demonstrar a precisão do método, os investigadores guiaram duas partículas de tamanhos diferentes de modo a que estas traçassem simultaneamente as letras S e L através do substrato magnético. Este movimento é topologicamente protegido, o que significa que é robusto contra perturbações externas e imperfeições no padrão. "Ao juntarmos estes movimentos circulatórios simples, podemos gerar trajectórias arbitrariamente complexas para diferentes partículas ao mesmo tempo", afirma Sebastian Wohlrab, o primeiro autor do estudo. Este nível de controlo programado abre caminho a novas tecnologias "lab-on-a-chip" e à produção automatizada de materiais inteligentes, incluindo nanomateriais como os cristais fotónicos.
A Presidente da Universidade de Tübingen, Professora Karla Pollmann, congratulou-se com os resultados do estudo e salientou o elevado potencial da colaboração nacional e internacional para os avanços técnicos e a inovação em muitos domínios.
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