İnsan vücudu, kan ve diğer sıvıların aktığı son derece karmaşık ve ince bir boru ağına sahiptir. Bu yapıların boyutu nanometre ölçeğine —yani milyarda bir metreye— indiğinde, fiziğin kuralları alışılmadık biçimlerde işlemeye başlar.
EPFL bünyesindeki Kuantum Su Tesisatı Laboratuvarı'nı yöneten araştırmacı Nikita Kavokine ve ekibi, tam da bu sınır bölgesini inceliyor. Nano ölçekli kanallarda yalnızca birkaç su molekülü yan yana sığabildiğinden, klasik akışkanlar mekaniği kendi başına olayı açıklamakta yetersiz kalıyor. Duvarların atom düzeyindeki yapısı, içinden geçen sıvının davranışını doğrudan şekillendiriyor.
Kavokine bu durumu şöyle özetliyor: Klasik hidrodinamik çökmüyor, sadece katı hal fiziğiyle kaynaşıyor. Bu birleşim, araştırmacıların hem kuantum mekaniği hem de moleküler dinamik araçlarını aynı anda kullanmasını zorunlu kılıyor.
Nanoflüidik alanı, son yıllarda bilim dünyasının ilgisini giderek daha fazla çekiyor. Nanometre boyutundaki kanallar ve gözenekler; su arıtma, enerji dönüşümü ve biyomedikal uygulamalar gibi pek çok kritik alanda devrim yaratma potansiyeli taşıyor. Örneğin, biyolojik hücre zarlarındaki protein kanalları da benzer nano ölçekli yapılara sahip olup bu çalışmalar, hücresel taşıma mekanizmalarının daha iyi anlaşılmasına da katkı sunabilir.
Araştırmacılar, farklı malzemelerden yapılmış nano kanalların su akışına nasıl farklı tepkiler verdiğini de irdeliyor. Grafen gibi atomik düzeyde düzgün yüzeylere sahip malzemelerde suyun beklenmedik ölçüde hızlı aktığı daha önce gözlemlenmiş; bu durum klasik modelleri zorlamıştı. Şimdiki çalışmalar, bu sürtünme azalmasının arkasındaki kuantum mekaniksel etkileşimleri aydınlatmayı hedefliyor.
Sonuç olarak nanoflüidik, fiziğin, kimyanın ve biyolojinin kesiştiği bir araştırma alanı olarak hem temel bilim hem de teknolojik uygulama açısından büyük önem taşımaya devam ediyor.