North Carolina State Universitys ingenjörer har använt vakuum för att skapa en mer effektiv, handsfree-metod för att fylla komplexa mikrokanaler med flytande metall. Deras arbete tar upp två av de vanligaste svårigheterna med att skapa flytande metallfyllda mikrokanaler och kan möjliggöra en bredare användning av flytande metaller i elektroniska och mikrofluidiska applikationer.

Flytande metaller är lovande som mjuka, töjbara elektriska komponenter som antenner, kretsar, elektroder och ledningar. Dessa applikationer kräver ofta förmågan att mönstra den flytande metallen till olika och ibland komplicerade former i skalor mindre än 100 mikron, eller bredden på ett människohår. Detta uppnås genom att trycka in den flytande metallen i mikrokanaler - små, ihålig, rörliknande strukturer i ett flexibelt elastomermaterial. Den vanligaste metoden för att skapa dessa mönster är injektion, som trycker in metallen i kanalerna via ett litet hål, eller inlopp.

Dock, injektion har två specifika nackdelar. Först, trycket som krävs för att trycka in metallen i mikrokanalen kan göra att kanalerna brister och läcker. Andra, för att helt fylla kanalen, luften som är instängd i den måste ha en utrymningsväg. Det innebär att varje kanal måste ha två öppningar - ett inlopp och ett utlopp - som tar upp extra utrymme och kan orsaka mikrokanaldeformation vid utloppsplatsen.

"Genom att använda vakuum kan vi lösa båda dessa problem, " säger Michael Dickey, professor i kemisk och biomolekylär teknik vid NC State och motsvarande författare till en artikel som beskriver arbetet. "Vi placerar en droppe flytande metall ovanpå inloppet och utsätter elastomeren för vakuum. Luften kommer ut från mikrokanalen genom droppen av flytande metall som täcker inloppet, eller genom själva kanalernas väggar. När elastomeren exponeras för atmosfären igen, metallen trycks in i mikrokanalerna."

För att testa effektiviteten av tillvägagångssättet, Dickey och hans team skapade en "labyrint" av mikrokanaler inom poly(dimetylsiloxan), eller PDMS, en silikonelastomer som vanligen används i mikrofluidapplikationer. Mikrokanalerna var 100 mikron breda och 50 mikron höga, med små tvärsnitt, många grenar, och många återvändsgränder. Den lilla skalan och det begränsade utrymmet innebar att det bara fanns ett inlopp och inget utrymme att stansa utlopp för att luften skulle kunna komma ut. Sedan placerade de en droppe av den flytande metallen EGain, en blandning av gallium och indium, ovanpå inloppet och exponerade det för vakuum.

"Med hjälp av vakuum fann vi att kanalerna fylldes helt med färre defekter jämfört med injektionsmetoden, och utan behov av några uttag, säger Dickey.

Pappret, "Vakuumfyllning av komplexa mikrokanaler med flytande metall, " dyker upp i Lab on a Chip .