Новости космоса и технологий. » Нанотехнологии » Фотопироэлектрическая микрофлюидика, разработанная исследователями

Фотопироэлектрическая микрофлюидика, разработанная исследователями

Опубликовал: Admin, 25-09-2020, 01:01, Нанотехнологии, 69, 0

Фотопироэлектрическая микрофлюидика, разработанная исследователями

Точное манипулирование различными жидкостями необходимо во многих областях, и, в отличие от твердых объектов, жидкости по своей сути делимы. Жидкости также обладают соответствующими функциями для манипулирования без потерь, чтобы предотвратить потерю и загрязнение. В новом отчете опубликовано Успехи науки , Вэй Ли и его коллеги из области машиностроения, исследований и инноваций в Китае представили фотопироэлектрический микрофлюидика для удовлетворения таких разнообразных требований. Жидкостная платформа способствовала развитию уникального волнообразного диэлектрофоретического силового поля из единственного луча света, чтобы замечательно выполнять желаемое без потерь манипулирование каплями и функционировать как «волшебная» стойкая к смачиванию поверхность. Жидкостная платформа может перемещать, плавить, сжимать и расщеплять жидкости по требованию для создания грузовых транспортных средств с колесами-капельницами и имеет потенциал для повышения максимальной концентрации таких материалов, как белок, в 4000 раз.

Существующие методы объединения жидкостей

Манипуляции с поверхностью буферов и органических растворителей имеют фундаментальное значение для многих биологических применений и химических функций, которые имеют решающее значение для множества термических, оптических и медицинские приложения . Для этого ученым необходимо разработать платформу, позволяющую локально адресуемым флюидам для навигации с низким уровнем потерь разделяться и объединяться в легко управляемый процесс . Свет может превзойти другие стимулы из-за своей бесконтактной природы, высокой точности и зрелой управляемости лучами относительно геометрической оптики, например, до форма оптического пинцета которые захватывают и вытесняют микротела. Поэтому несколько подходов имеют исследовал потенциал фотоманипуляции с жидкостями за счет преобразования энергии фотоэлектрических, фототермических, фотохимических и фотомеханических свойств для точной навигации и объединения жидкостей. Тем не менее, эти методы не могут разделять жидкости и управлять ими без потерь. Поэтому в этой работе Li et al. представил беспрецедентный подход.

Новый подход

Команда просто уложила три однородных слоя, включая фототермическую пленку, используя полимер, легированный графеном, пироэлектрический кристалл, используя Пластина ниобата лития , и суперомнифобная поверхность с использованием кремнеземной наносферы. Три слоя функционировали согласованно для нанесения без потерь даже жидкостей со сверхнизким поверхностным натяжением в присутствии единственного луча света.

Они составили фототермическую пленку из монослойного графенового композита, чтобы улавливать световые стимулы и ощущать реакции, вызванные неравномерным термогенезом. Пироэлектрический кристалл преобразовывал тепло в дополнительные электрические заряды, чтобы сформировать волнообразный профиль диэлектрофоретической силы, который мог захватывать, распределять и разделять жидкости. Они использовали эту технику для выполнения четырех основных функций, включая перемещение, слияние, дозирование и разделение различных жидкостей в хорошо контролируемых условиях без потерь, без сложных электродов и высоковольтных цепей. Этот подход окажет значительное влияние на междисциплинарные области.

Конструирование фотопироэлектрической микрофлюидики

Ли и его команда использовали три слоя плотно прилегающих друг к другу материалов (пироэлектрический кристалл, суперомнифобную тонкую пленку и фототермическую тонкую пленку), чтобы сформировать платформу. Верхний суперомнифобный слой содержал наноразмерные фрактальные сети, образованные спеканием полых сфер из диоксида кремния, покрытых фторированными поверхностно-активными веществами, для достижения суперотталкивающих свойств. В нижнем слое они сформировали однородную композитную пленку путем гомогенизации графеновых нанопластинок с полидиметилсилоксан (PDMS) и отверждал полимер. Когда пучок ближний инфракрасный (NIR) свет облучает поверхность, полупрозрачная суперомнифобная поверхность и пироэлектрическая пластина становятся прозрачным окном, позволяющим NIR легко достигать лежащей ниже композитной полимерной пленки. Это привело к частично неравномерному, локализованному повышению температуры, что привело к появлению дополнительных поверхностных свободных зарядов, что позволило каплям на суперомнифобной поверхности перемещаться вперед к облучаемому пятну за счет диэлектрической силы. Ученые применили эту технику к различным жидкостям, включая органические растворители, такие как силиконовое масло, алканы и спирты. Платформа предоставила бесканальный жидкостный процессор с открытым пространством без проблем с электродами или микрорельефом, необходимыми для существующих в настоящее время микрожидкостных аналогов.

Интерфейс жидкости без потерь, светочувствительность и динамика капель

Суперомнифобная поверхность была химически устойчива к коррозионным кислотам и щелочам, что позволило создать стабильный Кэсси Стэйт оставаться на поверхности для химической жидкостной обработки. Ученые подтвердили взаимодействие жидкости без потерь с помощью флуоресцентного изображения омнифобной поверхности и сравнили результаты с контрольными данными, чтобы показать контакт с жидкостями на интересующем материале практически без потерь. Ли и др. после этого отмечена светочувствительная способность системы показывать преобразование излучаемого света в резко выпуклый температурный профиль в системе. Затем они исследовали движение капли воды объемом 5 микролитров (мкл), расположенной на расстоянии 13 мм от центра светового пятна. Когда они включали лазер, капля притягивалась к источнику света в колебательном режиме, когда она сначала ускорялась по направлению к лазеру, затем быстро тормозилась и меняла направление, достигая края светового пятна. Чтобы понять физику, лежащую в основе динамики капель, команда разработала численное моделирование и изменила типы жидкости для расчетов, чтобы показать, что выше относительная диэлектрическая проницаемость и поверхностное натяжение , тем легче движение жидкости.


Функциональность жидкости, универсальность и биосовместимость

Команда выполнила множество жидкостных функций, используя единственный луч лазерного света, где волнообразный профиль диэлектрофорезной силы мог неожиданно улавливать и перемещать капли с объемом всего 0001 мкл. Команда также обработала лужу объемом 200 мкл без потерь на платформе, что подходит для миниатюризации биомедицинских систем. Однако у этого метода были свои пределы с максимальной скоростью движения лазера, за которой капля не могла угнаться за движением лазера. Кроме того, Ли и др. Обеспечивает сильную навигационную силу для капель, преодолевая гравитацию и поднимаясь в гору, размещая платформу вертикально, позволяя превосходной технике точно манипулировать различными жидкостями в масштабе микро- /нанолитров, что имеет фундаментальное значение в нескольких полях . Используя этот метод, команда наблюдала обнаружение без потерь аминокислот, таких как глицин и жидкости с низким поверхностным натяжением, такие как этанол . У метода большой потенциал в аналитической химии, медицинской диагностике и биомедицине.

Таким образом, Вэй Ли и его коллеги разработали уникальное волнообразное диэлектрофоретическое силовое поле в ответ на световые стимулы с трехслойным поверхность для хорошо контролируемого движения жидкости без потерь, функций слияния, дозирования и разделения. Они легко изменили силу, наложив несколько световых лучей для более богатой жидкостной функциональности и создания рисунка капель. Способ облегчит жидкость маневрирование по запросу для приложений в реакциях биохимической и жидкостной обработки, инженерии жидкостей и производства для точного формирования рисунка и для разделения капель на несколько частей.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии