I en enda nysning eller hosta, så många som 40, 000 små droppar drivs med tvång från munnen och näsan upp i luften. Forskare från City University of Hong Kong (CityU) har nyligen utvecklat en metod för att samla in mikrodroppar som dessa, som kan bidra till tillämpningar för att upptäcka sjukdomsframkallande bakterier och förhindra spridning av sjukdomar.

Studien, med titeln "Riktningspumpning av vatten- och oljemikrodroppar på hala yta, " ledd av Dr Yao Xi, biträdande professor vid institutionen för biomedicinska vetenskaper vid CityU, publicerades nyligen i Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ).

Att flytta olje- och vattenbaserade mikrodroppar utan yttre kraft på ett kontrollerat sätt kan vara mycket användbart vid vattenskörd och biomedicinsk analys. Men det är ganska svårt med mikrodroppar. "Droppar i mikrometerskala (en miljondels meter) har helt andra egenskaper än större motsvarigheter som tårar. Deras lilla storlek och lätta vikt gör att den normala tyngdkraften är obetydlig för att flytta dem, " förklarar Dr Yao.

Det hade gjorts andra försök att samla in mikrodroppar. Dock, att göra det på ett kontrollerat sätt, eller för att flytta en enda droppe i en specifik riktning, har förblivit en utmaning för forskare.

En kraft som gör att insekter kan gå på vattenytan

Men teamets innovativa strategi för att transportera mikrodroppar var inspirerad av fenomen som utnyttjar kapillärverkan som observerats i naturen. Kapillärkraften är viktig vid transport av vatten och näringsämnen i växter. Vissa vattengående insekter använder också kapillärkraften för att flytta sig från toppen av vattenytan och till stranden.

Kapillärverkan är rörelsen av en vätska i ett smalt rör på grund av ytspänning och de vidhäftande krafterna mellan vätskemolekylerna och röret. Till exempel, att undersöka ett vattenrör med en förstoringsglas avslöjar en menisk – en kurva i vattnets övre yta nära ytan av röret på grund av kapillärkraften. Vidare, kapillärverkan kan verka på en menisk för att lyfta upp vätskan i röret utan hjälp av, och i opposition till, yttre krafter som gravitation.

Inuti laboratoriet, Dr. Yaos team använde kapillärkraften för att riktad transport av mikrodroppar på en hal yta. Genom att ingjuta ett tunt lager silikonolja på en yta präglad med hydrogel-miniprickar bildades menisker runt prickarna. När ytan sprayades med aerosol-mikrodroppar, dropparna skulle röra sig mot prickarna på grund av kapillärkraften.

Gäller olika vätskor

Denna strategi har flera fördelar. Dr Yaos team fann att det är tillämpligt på alla vätskedroppar, inklusive vatten och olja, som är oblandbara med den infunderade oljan. Styrkan hos kapillärkraften bestäms av meniskens längd. Så ett effektivt avståndsområde för en mikrodroppe kan uppskattas. Också, rörelsen är kontinuerlig och det finns ingen risk för mättnad. Så länge som dropparna är inom det effektiva avståndsintervallet, alla kommer att samlas in i enlighet med detta.

Vad mer, denna strategi, till skillnad från tidigare försök, fungerar bra med bara en enda mikrodroppe, som hjälper till att identifiera rörelsemekanismen.

Den låga tillverkningskostnaden, dess breda val av tillverkningsmaterial och kompatibilitet med vätskedroppar kan bana väg för praktiska tillämpningar, inklusive dimsamling, vattenskördande, värmeväxlare, mikrofluidik, och biomedicinsk analys eller till och med bakteriedödande.

Potentiella biomedicinska tillämpningar

I deras studie, Dr. Yaos team använde droppar innehållande antingen E. coli eller S. aureus-bakterier för att demonstrera den potentiella tillämpningen. De fann att en gång samlats i hydrogelprickarna, det var lättare att upptäcka bakterierna i dropparna, som inte lätt kunde upptäckas i sin annars spridda form.

Dr Yao säger, "Vi skulle kunna använda denna enkla men robusta teknik för att hjälpa till att identifiera sjukdomsorsakande bakterier i ett slutet område. Eller, att gå ännu längre, tänk om vi kunde döda dessa bakterier genom att injicera biocider på den samlade hydrogelpunkten i förväg. Det kommer att vara mycket praktiskt i ett befolkat område för att förhindra spridning av infektionssjukdomar."