Den här bilden visar 2D-mikrofluidfällan. (a) Detta är ett optiskt mikrofoto av en mikrofluidisk manipuleringsanordning. Enstaka partiklar är inneslutna på en förutbestämd plats inom föreningspunkten mellan två vinkelräta mikrokanaler (fångningsregion). Två on-chip membranventiler (svarta) placerade ovanför en inloppskanal och en utloppskanal används som doseringsventiler för att styra de relativa flödeshastigheterna genom de motsatta kanalerna (röd), därigenom manipulerar och fångar partiklar vid mikrokanalövergången. (b) Detta är ett schema över 2D-partikelfångning. Två motsatta laminära strömmar möts i skärningspunkten mellan två vinkelräta mikrokanaler, skapa ett väldefinierat flödesfält som innehåller en stagnationspunkt där ett objekt fångas. (c) Den mikrofluidiska manipuleringsanordningen består av ett täckglas av glas och en PDMS-platta som innehåller mikrokanalerna och ventilerna. Kredit:Omtryckt med tillstånd 2013 American Chemical Society. Charles M. Schroeder, University of Illinois
(Phys.org) – Forskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign har utvecklat en ny flödesbaserad metod för att manipulera och begränsa enskilda partiklar i fri lösning, en process som kommer att hjälpa till att hantera aktuella utmaningar som nanoforskare och ingenjörer står inför.
"Denna metod är ett första verktyg i sitt slag för att manipulera och fånga små nanopartiklar i lösning, " förklarade Charles M. Schroeder, en biträdande professor vid Institutionen för kemi- och biomolekylär teknik i Illinois. "Att använda vätskeflöde i en mikrofluidisk enhet innebär att elektriska, magnetisk, optisk, eller akustiska kraftfält är inte nödvändiga."
Den nya metoden och forskningen för att utveckla den publicerades i majnumret 2013 av Nanobokstäver , i en artikel med titeln "Manipulation and Confinement of Single Partiklar med Fluid Flow, " författad av Schroeder och postdoktor Melikhan Tanyeri.
I dag, finskalig manipulation av små partiklar är fortfarande en stor utmaning på fältet. Nuvarande metoder för partikelfångning bygger huvudsakligen på elektrokinetik, magnetisk, eller optiska kraftfält, som kanske inte är kompatibla med biomolekyler eller biologiska system.
Tillsammans, Schroeder och Tanyeri utvecklade en "mikrofluidisk fälla" som kan manipulera 2D-partiklar med den enda verkan av vätskeflöde.
Schroeder och forskare visar flera unika egenskaper hos mikrofluidfällan, inklusive 2D-manipulering av partiklar så små som 500 nanometer i vatten, med en positioneringsprecision på endast cirka 180 nanometer, infångning av partiklar så små som 100 nanometer, och aktiv kontroll över lösningsbetingelserna för en infångad partikel. Allt detta uppnås med en enkel PDMS-baserad mikrofluidisk enhet utan behov av komplex instrumentering för optisk infångning eller generering av elektriska fält.
Den här bilden visar 2D-mikromanipulation av enstaka partiklar med hjälp av vätskeflöde. (a) Detta är en provbana av en enskild partikel som manipuleras i två dimensioner med hjälp av fällan. En förutbestämd bana programmerades för att stava bokstaven "C". (b) Detta visar dynamisk kontroll av det omgivande mediet av en infångad partikel. En enda fluoresceinbelagd polystyrenpärla fångas, och det omgivande mediet byts periodiskt på ett förprogrammerat sätt mellan buffertlösningar med högt pH och lågt pH. Intensiteten av fluorescensemissionen från det pH-känsliga färgämnet fluktuerar när det omgivande mediet förändras, demonstrerar effektiviteten av buffertutbytet i fällan. Kredit:Anpassad med tillstånd 2013 American Chemical Society. Charles M. Schroeder, University of Illinois
"Mikrofluidfällan ger en fundamentalt ny metod för att fånga och analysera enstaka partiklar eller enstaka molekyler, kompletterar befintliga tekniker, " sa Schroeder. "Vår nya teknologi kommer att få genomgripande användning inom tvärvetenskapliga områden som nanovetenskap, materialvetenskap, komplexa vätskor, mjuka material, mikrobiologi, och molekylärbiologi."
Schroeder och Tanyeri sa att de nu har förmågan att fånga en rad partikelstorlekar.
"Till skillnad från befintliga metoder som konventionella optiska eller magnetiska fällor, mikrofluidfällan gör det möjligt att fånga in små nanopartiklar, mindre än 30 nanometer i fri lösning, sa Tanyeri.
Med den exakta positionskontrollen av enstaka nanopartiklar i fri lösning, forskare kommer att kunna utforska ny teknik, från molekylär ingenjörskonst till bottom-up-montering av nanostrukturer.
"Flödesriktad montering kan ytterligare förbättra befintlig litografi, självmontering, och ytmönster för att tillverka funktionella material och enheter i nanoskala, ", sa Tanyeri. "Detta är ett viktigt tekniskt framsteg som kommer att hjälpa till att lösa problem inom nanovetenskap och ingenjörskonst som är otillgängliga för nuvarande metoder, såsom riktad montering och mönstring av mjuka material."
