Teorema ergódico passa no teste
Por mais de um século os cientistas têm contado com o "teorema ergódico" para explicar processos difusivos, como o movimento das moléculas em um líquido. No entanto, eles não foram capazes de confirmar experimentalmente um princípio central do teorema - que a média de medições repetidas do movimento aleatório de uma molécula individual é o mesmo que o movimento aleatório de todo o conjunto dessas moléculas. Agora, no entanto, os pesquisadores na Alemanha mediram dois parâmetros no mesmo sistema - tornando-o primeiro a confirmar experimentalmente que o teorema ergódico aplica-se a difusão.
Os experimentos desenvolvidos a partir da obra de Christoph Bräuchle e uma equipe da Universidade Ludwig-Maximilians, em Munique, que desenvolveu uma técnica para acompanhar moléculas de corante individuais dissolvidos em álcool, que passam então através de um material nanoporoso. Difusão tal é mais do que interesse apenas acadêmico, pois desempenha um papel importante em uma série de tecnologias, incluindo peneiras molecular, catálise e entrega da droga.
Pontinhos de luz
Para confirmar o teorema ergódico, a equipe acompanhou o Bräuchle de moléculas, iluminando a amostra com luz. Isso faz com que as moléculas fluorescentes para que eles aparecem como pontinhos de luz, quando vistos através de um microscópio de alta potência óptica. Usando moléculas de corante em concentração muito baixa, os pesquisadores asseguraram que cada ponto de luz corresponde a apenas uma molécula. Assim, medindo o perfil de intensidade de um ponto e encontrar o seu centróide, a equipe de Munique foi capaz de determinar a posição de uma molécula do corante para dentro de cerca de 5 nm. Moléculas individuais poderiam então ser seguidas quando se moviam através da amostra, tomando uma série de instantâneos.
Enquanto isso, uma equipe liderada por Jörg Karger da Universidade de Leipzig usaram uma técnica de ressonância magnética nuclear (RMN) para controlar a difusão de todas as moléculas de corante em uma amostra similar. O campo pulsado-gradient método de RMN é sensível apenas ao movimento coletivo de todas as moléculas de corante e não pode determinar moléculas individuais. Comparando os resultados dos dois grupos mostrou que a média de muitas medidas da difusividade de moléculas de corante individual (medida em Munique) foi idêntica à difusividade coletiva das moléculas de corante (medido em Leipzig). Considerando que a difusão envolve a movimentos aleatórios das moléculas, o estudo confirma, assim, o teorema ergódico.
Requisitos conflitantes
Bräuchle disse physicsworld.com que o principal desafio era encontrar um sistema que poderia ser estudado utilizando ambas as técnicas. O método de fluorescência funciona melhor quando a concentração do corante é extremamente baixa e as moléculas se movem muito lentamente - ao passo que as medidas de RMN precisa concentrações muito mais elevadas e mais rápido movimento. O compromisso envolveu o uso de um material especial microporoso que desacelerou as moléculas e constrangeu-os a um plano de modo que eles eram mais fáceis de controlar com o microscópio. Além disso, a concentração do corante nos experimentos de RMN foi de cerca de 10 vezes maior do que o utilizado para as medições de fluorescência.
Agora que os pesquisadores elaboraram uma forma de confirmar o teorema ergódico, eles estão ansiosos para utilizar a técnica de pesquisa para sistemas que não obedecem o teorema. Bräuchle acredita que isso poderia ocorrer quando algumas moléculas se difundem através de células vivas - algo que poderia ter implicações importantes para como as drogas são projetados.
A pesquisa é descrita na Angewandte Chemie .
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