Los circuitos nanofluídicos son dispositivos nanotecnológicos para controlar el flujo de líquidos.
Los sistemas de microfluidos constan de canales, válvulas, mezcladores y bombas, que se utilizan para separar, transportar y mezclar sustancias suspendidas o disueltas en fluidos.
En 2006, los investigadores de la Universidad de California en Berkeley, Peidong Yang y Arun Majumdar construyeron el primer «transistor nanofluídico» que podía activarse o desactivarse mediante una señal eléctrica externa.
Las soluciones electrolíticas que atraviesan canales de dimensiones del orden de micras o mayores experimentan una fuerza electrostática debido a la carga en la superficie interna del conducto.
La situación es diferente en nanocanales, cuyo radio puede ser menor que la longitud de Debye.
Las ecuaciones anteriores se resuelven por lo general con un algoritmo numérico para determinar la velocidad, la presión, potencial eléctrico, y de la concentración iónica en el líquido, así como el flujo de corriente eléctrica a través del canal.
Para un nanocanal sin control de flujo iónico, la selectividad es cero.
[8][9][10] Al igual que los diodos en circuitos electrónicos, restringen el flujo de corriente eléctrica en una dirección.
La rectificación mejora si una mitad del canal está recubierta con cargas de signo contrario o es eléctricamente neutral.
Cuando la pared del canal está recubierta con cargas positivas, atrae a los iones negativos en el electrolito y estos se acumulan en el del canal y bloquean el paso de cargas positivas, lo que resulta en una disminución de la corriente iónica.
Esto crea un campo más fuerte dentro del canal debido a una mayor capacidad de compuerta.
Mediante cargas de superficie opuestas en cada lado, los canales se comportan como diodos y rectifican la corriente iónica.
Los contraiones forman una zona de protección junto a la pared que se extiende hasta una cierta distancia —longitud de Debye— en la que el potencial eléctrico se desvanece hasta alcanzar la neutralidad.
La longitud de Debye típica varía entre 1 a 100 nanómetros para soluciones acuosas.
Es posible consequir una selectividad alta en nanocanales relativamente cortos, siempre que el voltaje de polarización sea bajo.
Por lo tanto, el control y la manipulación de las partículas en el electrolito se puede lograr en tiempo real.
A continuación se unen dos oblea para sellar los surcos y formar nanocanales.
El método más común para la fabricación de abajo-arriba es por monocapas autoensambladas (SAM).
Este método se basa en el uso de materiales biológicos para formar una monocapa molecular sobre el sustrato.
La interconexión entre nanocanales y sistemas microfluídicos es una cuestión importante para su uso como dispositivos nanofluídicos.
También es posible realizar análisis de matrices, lo que acelera el proceso y aumenta el rendimiento.
En muchos casos, los dispositivos nanofluídicos están integrados dentro de un sistema microfluídico.
En esta aplicación, la pared cargada eléctricamente se comporta como un estator, y la solución que fluye por el interior equivale al rotor.
Cuando un disolvente a presión fluye por un nanocanal cargado, genera una corriente y un potencial de flujo.
Los sistemas autónomos compuestos exclusivamente por dispositivos nanofluídicos son poco prácticos porque requieren una presión de conducción grande.
[21] Por lo tanto, las investigaciones se centran en la integración en microsistemas, con una interfaz apropiada entre los dispositivos a escalas diferentes.
Los dispositivos nanofluídicos presentan el problema de un rendimiento relativamente bajo en aplicaciones para separar moléculas.
Un posible enfoque para tratar este problema es usar canales de separación paralelos.
Otro problema surge cuando la muestra a detectar es una molécula relativamente grande, como ADN o proteína, que puede causar una obstrucción en el nanocanal.
Para evitar esto, se necesita un revestimiento de baja fricción en la superficie interna del canal.