Forskare vid Indian Institute of Science (IISc) har utvecklat en ny teknik för att kapsla in vätskedroppar som används för olika tillämpningar, inklusive enkristalltillväxt och cellodling.
Tekniken utnyttjar kapilläreffekten – uppkomsten av en vätska genom ett trångt utrymme – för att belägga droppar i ett kompositskal som innehåller oljeälskande och hydrofoba partiklar. Den erbjuder möjligheten att justera skaltjockleken över ett brett område, vilket möjliggör inkapsling av droppar av olika storlekar. Studien publicerades i Nature Communications .
Droppar är viktiga inom en mängd olika områden. "I mikroreaktorer kan droppar användas för att skapa olika reaktionsmiljöer eller blanda olika kemikalier. I läkemedelstillförselsystem kan droppar användas för att leverera läkemedel eller andra medel till specifika vävnader eller organ. I kristallisationsstudier kan droppar användas för att kontrollera tillväxt av kristaller Och i cellodlingsplattformar kan droppar användas för att odla celler i en kontrollerad miljö, vilket kan bidra till att förbättra cellviabiliteten och spridningen, förklarar huvudforskaren Rutvik Lathia, Ph.D. student vid Center for Nano Science and Engineering (CeNSE), IISc.
Det finns dock flera utmaningar med att använda sådana droppar. De är känsliga för kontaminering från den omgivande miljön, enkelheten och framgången för en viss process beror mycket på ytan de tappas på, och de kan försvinna ut i tomma luften ganska snabbt.
Även om inkapsling av droppar med vätskor eller fasta ämnen som inte blandas med dropparna (som vattendroppar inuti ett oljeskal) är en rimlig lösning för att undvika dessa problem, vilket gör ett skal som är tåligt, kontinuerligt och har en justerbar tjocklek med en mycket liten skalan har visat sig svårfångad hittills.
För att möta dessa utmaningar har Prosenjit Sen, docent vid CeNSE, och hans team utvecklat en ny kapillärkraftsassisterad cloakingmetod för att fånga droppar i kolloidala partiklar och vätskeinfunderade ytor.
Först belade de dropparna försiktigt med små hydrofoba och oljeälskande pärlor, och gjorde dem till vad de kallar flytande kulor (LM). När dessa LM hålls på oljeinfunderade ytor, slår kapillärkrafter in, vilket gör att oljan kan stiga upp i små porer som skapas mellan individuella pärlor. Dessa pärlor spelar en avgörande roll för att främja och stabilisera bildandet av en vätskefilm runt droppen, vilket effektivt kapslar in den. Forskarna kunde också använda vax istället för olja för att skapa ett fast skal genom att justera temperaturen.
En sådan inkapsling minskade avdunstningshastigheten för droppar med upp till 200 gånger, vilket ökade livslängden för dessa droppar, fann teamet. De kunde också justera skaltjockleken flexibelt över ett brett intervall - från 5 μm till 200 μm. Detta gjorde att de kunde ta emot droppar med volymer från 14 nL till 200 μL.
"Vår metod att inkapsla droppar introducerar en mängd nya möjligheter inom dropprelaterade tillämpningar. Skalens avstämbara natur, både fasta och flytande, möjliggör exakt kontroll över olika parametrar, vilket gör den mångsidig för tillämpningar inom kemi, biologi , och materialvetenskap", säger Sen.
Forskarna använde dessa belagda droppar för att framgångsrikt odla enkristaller. De skulle också kunna använda de belagda dropparna för biologiska applikationer som 3D-cellodling och odling av jästceller i labbet med förbättrad framgångsfrekvens.
"Än så länge kan vi göra vaxbaserade fasta kapslar och oljebaserade flytande kapslar," tillägger Sen. "Nu undersöker vi nyare material för att bilda kapslar med olika egenskaper som kan förbättra avstämningsbarheten ytterligare, till exempel polymerbaserade kapslar."
Mer information: Rutvik Lathia et al, Avstämbar inkapsling av fastsittande droppar med fasta och flytande skal, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41977-1
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av Indian Institute of Science
