Schematiska illustrationer av ljuskontroll av droppe. Kredit:DU Xuemin
Förmågan att manipulera droppar spelar en viktig roll i grundforskning och praktiska tillämpningar från kemiska reaktioner till bioanalys. Ljuskontroll av droppar möjliggör fjärrstyrning och kontaktlös kontroll med anmärkningsvärd rumslig och tidsmässig noggrannhet. Men högpresterande och pålitlig ljuskontroll av droppar är fortfarande utmanande.
Nu har ett forskarlag under ledning av Dr. Du Xuemin från Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) vid den kinesiska vetenskapsakademin rapporterat ett nytt smart material med högeffektiv och hållbar fotoinducerad laddningsregenereringsförmåga, som möjliggör ljusstyrning av droppar med överlägsen prestanda och tillförlitlighet.
Detta arbete publicerades i National Science Review den 17 augusti.
Detta smarta material innehåller tre kärnkomponenter:för det första, flytande metallpartiklar i mikrostorlek med överlägsna fototermiska och termiskt ledande egenskaper; för det andra polyvinylidenfluoridtrifluoretensampolymer med utmärkta ferroelektriska och mekaniska egenskaper; för det tredje, mikropyramidformiga strukturer och beläggningar med låg ytenergi av fluorerad SiO2 nanopartiklar för att förstärka superamfifobiciteten.
"Baserat på den synergistiska effekten av dessa komponenter har de fotoinducerade laddade ytorna (PICS) en överlägsen förmåga att generera fotoinducerad laddning i realtid och in situ vid exponering för ljusbelysning", säger Dr. Du.
Denna distinkta laddningsgenereringsförmåga hos PICS avslöjades tydligt genom skanning av Kelvin-sondmikroskopi, som visade realtids- och in-situ-generering/-försvinnande av de fria ytladdningarna vid exponering för PÅ/AV-ljusbestrålning.
Laddningsgenereringsförmågan hos PICS visade ingen uppenbar nedbrytning även i extrema miljöer inklusive hög relativ luftfuktighet (~ 90%) under 72 timmar och hög temperatur (70 ℃). Laddningsdensiteten för PICS förblev på stabilt höga nivåer på 252 pC mm -2 (topp till topp) även efter 10 000 ON/OFF-bestrålningscykler.
"Den enastående effektiviteten, hållbarheten och stabiliteten hos den fotoinducerade laddningsregenereringen i PICS är avgörande för ljuskontroll av droppar", säger Dr. Du.
Forskarna visade att PICS gav ett nytt paradigm för kontrollerbar dropprörelse, inklusive hög medelhastighet, obegränsat avstånd, multimode-rörelser (t.ex. framåt, bakåt och rotation) och en-till-multipel droppe-manipulation.
De utökade också ljuskontrollen av droppar till robot- och biotillämpningar, inklusive att transportera en fast last i ett slutet rör, korsa en liten tunnel, undvika hinder, känna av den föränderliga miljön via färgskiftning med blotta ögat, förbereda hydrogelpärlor, transportera levande celler och pålitlig biosensing.
"Vår robusta och biokompatibla PICS ger inte bara insikt i utvecklingen av nya smarta gränssnittsmaterial och mikrofluidik", säger Dr. Du, "men ger också nya möjligheter för kemiska och biomedicinska tillämpningar." + Utforska vidare
