Geladeiras mais baratas? Próteses mais fortes? Uma melhor compreensão das doenças humanas? Isso e muito mais pode ser possível um dia, graças a um novo projeto ambicioso do NIST, o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA.
Os pesquisadores do NIST estão nos estágios iniciais de um grande empreendimento. O de projetar e construir uma frota de minúsculos nano termômetros ultrassensíveis. Se forem bem-sucedidos, seu sistema será o primeiro a fazer medições de temperatura em tempo real em escala microscópica. O projeto é chamado Imagem termomagnética e controle (Thermal MagIC).
Temperatura em tempo real no nível microscópico
Os pesquisadores dizem que o Thermal MagIC pode revolucionar as medições de temperatura em muitos campos: biologia, medicina, síntese química, refrigeração, automotiva, fabricação de materiais. “Os nanotermômetros podem ser úteis em todas as áreas em que a temperatura desempenha um papel fundamental”, disse o físico do NIST. Cindy Dennis. “Isto é, praticamente em todos os lugares.”
A equipe do NIST concluiu agora a construção de seus espaços laboratoriais personalizados para este projeto único e iniciou a primeira grande fase do experimento.
Como funciona o Thermal MagIC
O Thermal MagIC funcionará usando objetos de tamanho nano cujos sinais magnéticos mudam com a temperatura.
Os objetos seriam incorporados aos líquidos ou sólidos estudados: como plástico fundido para ser usado como parte de uma substituição de articulação artificial ou refrigerante líquido de uma geladeira. Um sistema de sensoriamento remoto poderia então captar esses sinais magnéticos, o que significa que seria um sistema sem fio.
O produto final conseguiu fazer medições de temperatura 10 vezes mais precisas do que as técnicas mais avançadas, adquiridas em um décimo do tempo em um volume 10.000 vezes menor.
O que significa, em números
Antes de terminar seu novo espaço de laboratório, os pesquisadores do NIST foram capazes de concluir alguns trabalhos importantes. Em um artigo publicado no mês passado no International Journal on Magnetic Particle Imaging, a equipe relatou ter encontrado e testado um nanomaterial “promissor” feito de ferro e cobalto, com sensibilidade à temperatura variável controlavelmente. Um passo que aproximou a equipe da criação de uma nanopartícula sensível à temperatura, a peça central de um sistema como o Thermal MagIC.
Os nanotermômetros do NIST podiam fazer medições precisas de até 25 milikelvins (milésimos de kelvin) em apenas um décimo de segundo, em um volume de apenas cem micrômetros (milionésimos de metro) de cada lado.
O sistema visa medir temperaturas na faixa de 200 a 400 Kelvin (K), ou -70 a 126 graus Celsius. A linha cobriria a maioria das aplicações potenciais que a equipe da Thermal MagIC prevê que serão possíveis nos próximos 5 anos. Dennis e seus colegas veem o potencial para uma faixa de temperatura muito mais ampla, estendendo-se de -270 a +320 graus. Incluiria tudo, desde supercondutores super-resfriados até chumbo derretido. Mas isso não faz parte dos planos de desenvolvimento atuais.
Esta é uma grande mudança radical. Se conseguirmos realizá-lo, seremos capazes de fazer coisas que atualmente nem sequer podemos imaginar. Novo projeto do NIST para construir nanotermômetros pode revolucionar a imagem de temperatura.
Cindi Dennis, física do NIST
Quais são as aplicações dos nanotermômetros?
Seja o termostato em sua sala de estar ou um instrumento de alta precisão para medições de laboratório, a maioria dos termômetros usados hoje pode medir apenas áreas relativamente grandes, no nível macroscópico, e não no microscópico.
Estes termômetros convencionais eles também são intrusivos e exigem que sensores penetrem no sistema a ser medido e se conectem a um sistema de leitura por meio de cabos volumosos.
I termômetros infravermelhos, como as ferramentas para a testa usadas em muitos consultórios médicos, são menos intrusivas. No entanto, eles também fazem apenas medições macroscópicas e não podem ver abaixo das superfícies.
O Thermal MagIC deve permitir que os cientistas contornem essas duas limitações.
Os engenheiros poderiam usar Thermal MagIC para estudar, pela primeira vez, como a transferência de calor ocorre em diferentes refrigerantes em micro-escala e testar sistemas de refrigeração mais baratos e consome muita energia. Eles nos servem como pão.
Os médicos podem usar Thermal MagIC para doenças de estudo, muitos dos quais estão associados ao aumento da temperatura (uma marca registrada da inflamação) em partes específicas do corpo.
E os fabricantes podem usar o sistema para melhor controle de máquinas de impressão 3D que fundem plásticos para construir objetos personalizados, como implantes médicos e próteses.