I ett nytt papper, Thomas Russell och postdoktor Ganhua Xie, vid University of Massachusetts Amherst och Lawrence Berkeley National Laboratory, rapportera att de har använt kapillärkrafter för att utveckla en enkel metod för att producera självmonterande hängande droppar av en vattenhaltig polymerlösning från ytan av en andra vattenhaltig polymerlösning i välordnade matriser.

"Dessa hängande droppar har potentiella tillämpningar i funktionella mikroreaktorer, mikromotorer och biomimetiska mikroroboter, "förklarar de. Mikroreaktorer hjälper kemiska reaktioner i extremt små - mindre än 1 millimeter - utrymmen och mikroprober hjälper ny läkemedelsteknik och tillverkning. Båda tillåter forskare att noga kontrollera reaktionshastigheten, selektiv diffusion och bearbetning, till exempel. Selektiv diffusion avser hur cellmembran bestämmer vilka molekyler som ska släppas in eller hållas utanför.

Russell och kollegor säger att funktioner i deras nya system kan styras med magnetiska mikropartiklar för att åstadkomma detta. De "kontrollerar dropparnas rörelse, och, på grund av sammansättningarnas art, kan selektivt transportera kemikalier från en droppe till en annan eller användas som inkapslade reaktionskärl, där reaktioner är beroende av direktkontakt med luft, "Förklarar Russell.

För detta arbete, han och Xie samarbetade med andra från Hong Kong University, Beijing University of Chemical Technology och Tohoku University, Japan. Detaljer finns i Förfaranden från National Academy of Sciences .

Deras teknik bygger på naturliga egenskaper, Russell förklarar, särskilt ytspänning, fenomenet som gör att vandrande varelser och konstgjorda robotar som efterliknar dem kan undvika att sjunka. Forskarna använder den för att binda tyngre droppar, som annars skulle sjunka, till gränssnitt. Detta hjälper till att bygga tvådimensionella ensembler av strukturellt komplexa droppar som har säckar där målreaktioner kan isoleras.

De gjorde detta, Russell säger, genom att hänga en koacervat-innesluten droppe av en tätare vattenhaltig dextranlösning från ytan på en annan, polyetylenglykol (PEG) vattenlösning. I deras tidigare arbete, Xie, Russell och kollegor använde samma två vattenhaltiga polymerlösningar, PEG-plus-vatten och dextran-plus-vatten, som kan kombineras men inte blandas. Detta skapar ett "klassiskt exempel på coacervation" som bildar två separata domäner som icke-blandande vax-och-vatten i en lavalampa, Russell förklarar.

Han säger att hittills, syntetiska system i laboratorier har begränsats till mycket färre reaktioner än naturliga system i kroppen, som kan utföra många snabba och seriella reaktioner. Att närmare efterlikna naturen har varit ett stort mål i åratal, han lägger till.

Det nya arbetet representerar ett stort framsteg, Russell säger, för "vi använder en känslig balans mellan en ytenergi och gravitationen för att hänga säckarna från vätskans yta, som några insektslarver, och hängsäckarna har direkt kontakt med luft genom öppningen i toppen. Direkt kontakt med luft tillåter användaren att introducera gaser, som syre, för en reaktion. "

För att föreställa sig den nya mekanismen, han förklarar, det hjälper att veta att polykationer är material med mer än en positiv laddning och polyanjoner har mer än en negativ. "Tänk på säcken, insidan är en polyanjon och utsidan är en polyanjon. Detta innebär att anjoner kan rinna ut men inte katjoner och katjoner kan strömma in men inte anjoner. Denna selektiva diffusion gör att vi kan göra reaktioner inuti säcken som matar en andra reaktion på utsidan av säcken och vice versa. Så, vi kan producera kaskadreaktionsscheman, liknande det som finns i din kropp eller andra biologiska system. "