La nanofluidica è lo studio scientifico del movimento dei fluidi su distanze molto piccole. I fluidi possono fluire attraverso tubi o pori microscopici che possono essere ostruiti se anche molecole di grandi dimensioni si frappongono. La distanza alla quale vengono separate le cariche degli elettroni, chiamata lunghezza di Debye, può essere simile alle dimensioni di un tubo così piccolo. Quando confinati in piccoli spazi larghi pochi nanometri, quindi, le proprietà fisiche della maggior parte dei fluidi cambiano. I progressi scientifici hanno consentito ai ricercatori di controllare l’attività dei fluidi in strutture come i nanotubi di carbonio e persino di costruire dispositivi microscopici in applicazioni di nanotecnologia.
Quando elettrizzano una superficie su nanoscala, i ricercatori possono creare un doppio strato elettrico in un piccolo foro o passaggio. Lo strato può estendersi lungo la larghezza di questo spazio, il che in genere cambia le proprietà di un fluido rispetto a come agisce in volumi più grandi. Le particelle cariche chiamate ioni sono talvolta utilizzate per controllare la direzione di un liquido, specialmente quando la carica delle particelle è opposta a quella della parete dei pori.
Un’altra proprietà studiata in nanofluidica è il raggio idrodinamico, che tipicamente caratterizza l’interazione di grandi molecole o polimeri in relazione alle proprietà su scala nanometrica di una soluzione liquida. L’acido desossiribonucleico (DNA) è una molecola relativamente grande che trasporta informazioni genetiche e che viene spesso manipolata in biologia. Insieme ai polimeri di grandi dimensioni, può arrotolarsi in una forma che può bloccare un piccolo canale. I ricercatori a volte aggiungono materiali e rivestimenti alle strutture nanofluidica che possono prevenire tali blocchi.
I ricercatori di nanofluidica possono anche controllare gli spessori delle membrane, nonché la dimensione e la spaziatura dei pori, specialmente nell’alluminio. La temperatura, la tensione e l’applicazione di acido in determinati periodi di tempo generalmente aiutano a elaborare materiali specifici. Gli scienziati possono quindi usarli per studiare come reagiscono i diversi fluidi all’interno. Spesso vengono studiate le proprietà dei liquidi come la velocità, la tensione superficiale e l’angolo con cui un fluido tende a contattare una superficie su scala nanometrica.
Una tecnica di stampa chiamata fotolitografia può essere utilizzata per fabbricare strutture utilizzate nella nanofluidica. Singoli canali o matrici di essi possono essere formati da silicio, polimeri, vetro e altri materiali tubolari artificiali. Gli scienziati possono utilizzare le proprietà di un fluido per controllarne il movimento, in un modo che supporti un tipo di commutazione per i sistemi digitali. La nanofluidica viene applicata anche alla costruzione di piccoli transistor, array ottici e sistemi diagnostici medici basati su microchip. L’interazione liquida nei circuiti nanofluidici può essere incorporata nei controlli per la filtrazione dell’acqua e i sistemi di accumulo di energia.