Droppar av röd och blå vätska rör sig längs den övre och nedre ytan av den vibrerande UW -plattformen med hastigheter upp till 1 tum per sekund. Denna kombinerade bild visar droppar när de rör sig mot mitten och går samman. Upphovsman:Karl Bohringer, UW
När medicinska forskare och ingenjörer försöker krympa diagnostiken för att passa i en persons ficka, en fråga är hur man enkelt kan flytta och blanda små vätskeprover.
Forskare vid University of Washington har byggt och patenterat en yta som, när den skakas, flyttar droppar längs vissa vägar för att utföra medicinska eller miljötester.
"Detta gör att vi kan flytta droppar så långt vi vill, och i vilken form av layout som helst vi vill ha, "sa Karl Böhringer, UW -professor i elektroteknik och bioingenjör. Lågkostnadssystemet, publicerades i ett nyligen publicerat nummer av tidskriften Avancerade material , kräver mycket lite energi och undviker eventuell kontaminering genom att späda eller elektrifiera proverna för att flytta dem.
Den enkla tekniken är en texturerad yta som tenderar att skjuta droppar längs en given väg. Den är inspirerad av lotuseffekten - ett fenomen där ett lotusblads nästan fraktala konsistens får det att verka från att droppa vattendroppar.
Detta är en närbild av UW-ytan som visar bågkanterna och intilliggande pelare. Upphovsman:Karl Bohringer, UW
"Lotusbladet har en mycket grov yta, där varje stor bula har en mindre bula på sig, "Sa Böhringer." Vi kan inte göra vår yta exakt densamma som ett lotusblad, men det vi gjorde är att extrahera kärnan i varför det fungerar. "
UW -teamet använde tillverkningstekniker för nanoteknik för att bygga en yta med små stolpar med varierande höjd och avstånd. När en droppe sitter på denna yta, den får så lite kontakt med ytan att den är nästan perfekt rund. Det betyder att även en liten jiggle kan flytta den.
Forskare använde en ljudhögtalare eller maskin för att vibrera plattformen med 50 till 80 gånger per sekund. Den asymmetriska ytan flyttar enskilda droppar längs förutbestämda vägar för att blanda, ändra eller mäta deras innehåll. Att ändra vibrationsfrekvensen kan ändra en dropphastighet, eller kan rikta in sig på en droppe av en viss storlek eller vikt.
"Allt du behöver är en vibration, och att göra dessa ytor är väldigt enkelt. Du kan göra det av en plastbit, "Böhringer sa." Jag kan tänka mig det här som en enhet som kostar mindre än en dollar - kanske mycket mindre än så - och används med saliv- eller blod- eller vattenprover. "
Vid testning, olika versioner av UW -systemet kan flytta dropparna uppåt, utför, i cirklar, upp och ner, eller förena två droppar och flytta sedan det kombinerade provet.
En droppe vätska sitter på den strukturerade kiselytan som har stegpinnar för att styra droppen, och ett galler av pelare för att hålla droppen i kanalen. Upphovsman:Karl Bohringer, UW
Systemtypen är känd som ett "lab in a drop":alla ingredienser finns i droppen, och ytspänning fungerar som behållaren för att hålla ihop allt.
En elev försökte använda en smartphones högtalare för att vibrera plattformen, men än så länge ger en telefon inte tillräckligt med energi för att flytta dropparna. För att bättre rymma ljudenergivågor med låg energi, gruppen kommer att använda UW:s elektronstråle litografimaskin för att bygga en yta med stolpar upp till 100 gånger mindre.
"Det finns goda bevis, från vad vi har gjort hittills, att om vi gör allt mindre behöver vi mindre energi för att uppnå samma effekt, "Sa Böhringer." Vi ser för oss en enhet som du ansluter till din telefon, den drivs av telefonens batteri, en app genererar rätt typ av ljudvibrationer, och du kör ditt experiment. "
