Skarp observation av doktoranden Mengmeng Cui i Thomas Russells polymervetenskapliga och tekniska laboratorium vid University of Massachusetts Amherst fick henne nyligen att upptäcka hur man kinetiskt kan fånga och kontrollera en vätska i en annan, låsa och separera dem i ett stabilt system under långa perioder, med förmågan att skräddarsy och manipulera varje form och flödesegenskaper.

Russell, hennes rådgivare, påpekar att förskottet håller löften för ett brett spektrum av olika tillämpningar, inklusive läkemedelsleverans, biosensing, fluidik, solceller, inkapsling och bikontinuerliga medier för energitillämpningar och separationsmedier.

Han säger, "Det är väldigt, mycket snyggt. Vi har lurat systemet att förbli helt fixat, fångade i ett visst tillstånd så länge vi vill. Nu kan vi ta ett material och kapsla in det i en droppe i en ovanlig form under mycket lång tid. Varje system där jag kan ha sammanhängande material och jag kan göra saker oberoende i både olja och vatten är intressant och potentiellt värdefullt. "

Cui, med Russell och hans kollega, syntetisk kemist Todd Emrick, rapportera sina fynd i det aktuella numret av Vetenskap .

Russells laboratorium har länge varit intresserat av att fastna fenomen och kinetiskt fångade material, han säger. När Cui märkte något ovanligt i rutinförsök, snarare än att ignorera det och börja om igen bestämde hon sig för att undersöka vidare. "Denna upptäckt är verkligen en hyllning till Cuis observationsförmåga, "Russell noterar, "att hon insåg att detta kunde vara av betydelse."

Specifikt, polymerforskarna applicerade ett elektriskt fält på ett system med två vätskor för att övervinna den svaga kraften som stabiliserar nanopartikelaggregat vid gränssnitt. Under påverkan av det yttre fältet, en sfärisk droppe ändrar form till en ellipsoid med ökad ytarea, så den har många fler nanopartiklar fästa vid ytan.

När det externa fältet släpps, det högre antalet ytananopartiklar fastnar i vätskesystemet, stoppa rörelse av nanopartiklar som fredag ​​eftermiddag på en utfartsramp eller sandkorn som fastnat i ett timglas, Russell förklarar. I sitt fastnat tillstånd, den nanopartikeltäckta droppen behåller sin ellipsoidform och bär fortfarande många fler nanopartiklar på ytan, störd och vätskeliknande, än den kunde som en enkel sfärisk droppe. Denna nya form kan fixas permanent. Cui, Russell och Emrick utförde också störningen med hjälp av en mekanisk metod, omrörning.

Genom att generera dessa fastnat nanopartikel ytaktiva ämnen vid gränssnitt, vätskedroppar av godtycklig form och storlek kan stabiliseras med öppningsapplikationer inom fluidik, inkapsling och bikontinuerliga medier för energitillämpningar. Ytterligare stabilisering realiseras genom att monofunktionella ligander ersätts med difunktionella sådana som tvärbinder sammansättningarna, författarna noterar. Möjligheten att generera och stabilisera vätskor med en föreskriven form ger möjligheter för reaktiva vätskesystem, förpackning, leverans och förvaring.