Inom materialvetenskap, ytvätbarheten hos ett biomaterial kan mätas med hjälp av ytvattenkontaktvinkeln som en viktig karakterisering av dess hydrofilicitet eller hydrofobicitet. Tekniken har rönt anmärkningsvärd uppmärksamhet de senaste åren för materialutveckling inom energiområdena, sjukvård och miljövetenskap. Bioinspirerade ytor har konstruerats med en mängd olika funktioner och speciella egenskaper för vätbarhet för att efterlikna naturen.

Bland dessa, hala vätskeinfunderade porösa ytor (SLIPS) överträffade sina naturliga motsvarigheter för att ge toppmoderna ytor med stabil och defektfri avstötning för en mängd enkla och komplexa vätskor. För att bredda tillämpningen av SLIPS med inställbar vätbarhet, adaptiva ytor var gjorda av flytande film stödd av ett nanoporöst elastiskt substrat. Även om kontaktbaserad reglering genomgick många sådana förbättringar för att möjliggöra de befintliga hala ytorna, deras rum-tidskontroll via icke-kontakt förblir orealiserade. Dessutom, hala ytor med programmerbar vätbarhet som spatiotemporally kan manipulera droppar för en banbrytande effekt inom mikrofluidikteknologi återstår att utveckla.

Skriver nu in Vetenskapens framsteg , Wang et al. presentera en roman, paraffininfunderad porös grafenfilm (PIPGF) bestående av ett poröst grafensvampmaterial infunderat med paraffin. Processen tillät paraffin att reversibelt övergå mellan fasta och flytande faser med den fototermiska effekten av grafen under nära-infrarött (NIR) ljus. När paraffinytan värmdes till smältning, vattendroppar kan glida ner längs grafenfilmen, och när paraffinet kyldes, droppar fastnade på filmytan. Ytvätbarheten och materialtillståndet hos PIPGF kan fjärrstyras med hög stabilitet och snabb reversibilitet med hjälp av NIR-ljus. Författarna integrerade NIR-masker så att paraffin kunde smälta vid motsvarande mönster på PIPGF för att bilda programmerbara vägar för de glidande dropparna. PIPGF underlättade programmerbara vätbarhetsvägar för att förenkla vätskehantering i mikroplattor, droppmikroarrayer och i distinkta mikrofluidiska mikroreaktorer med potential för tillämpningar vid diagnos av blodgrupper. Funktionerna gav mångsidighet till de fotokontrollerbara PIPGF-plattformarna för applikationer som involverar droppmanipulation.

I studien, reducerad grafenoxid (GO) hittills kallad grafen, sattes till en form förberedd med två platta glasskivor för att skapa 3D-grafensvampfilmen. Jonbindning med Ca ²⁺ (CaCl ₂ ), följt av reduktion med jodvätesyra (HI) och efterföljande frystorkning möjliggjorde bildningen av den porösa strukturen. Grafensvampfilmen undersöktes med svepelektronmikroskopi (SEM) för att observera en bikakeliknande arkitektur med höga specifika ytareor. Ythydrofobicitet och den porösa nätverksstrukturen hos grafensvampfilmen möjliggjorde infusion av smält paraffinvätska i svampens porer för att konstruera en hal yta. Kapillärkrafter och matchande kemi mellan flytande paraffin och fast grafenytor möjliggjorde enhetlig täckning av grafenställningen, visar uppenbara rynkor och enhetlig beläggning av paraffin på grafensvampfilmen.

Övergången av paraffin från fast till flytande i PIPGF kan fjärrstyras med enkel användning, hög stabilitet och snabb reversibilitet med hjälp av NIR-ljus. Ytvätbarheten för PIPGF mättes med NIR på/av för att bestämma kontakt- och glidvinklarna för vattendroppar på dess yta. I början, vattenkontaktvinkeln på grafensvampfilmen visade ythydrofobicitet (~110 ⁰ ); därefter, en minskad kontaktvinkel observerades på PIPGF med NIR påslagen (~79 ⁰ ) och av (~102 ⁰ ), indikerar jämförande ythydrofilicitet.

Vattendroppens glidvinkel var bara 5 ⁰ med lasern påslagen, medan vinkeln ökade (87 ⁰ ) när lasern stängdes av. Sådan NIR-kontrollerad avstämbar vätbarhet av PIPGF ger en lovande metod för att dynamiskt manipulera rörligheten för droppar på en yta på begäran, för inställbar och reversibelt avvisande dropphanteringsteknik.

Författarna integrerade ytterligare NIR-masker på PIPGF, för att möjliggöra programmerbara vätbarhetsvägar för spatiotemporal droppmanipulation. När du använder NIR-masker, det bestrålade paraffinet smälte i det önskade mönstret för att bli halt, medan den obestrålade delen förblev grov. The ability to control the droplet guiding pathway on PIPGF surfaces for programmable spatiotemporal droplet flexibility is of significance for microfluidic technologies.

To demonstrate practical applications of NIR-controlled programmable wettability pathways, the authors used PIPGF for liquid handling in microplate technology to create a greatly simplified yet accurate and reusable pipetting process. Different samples could be pipetted into wells simultaneously to conserve time.

Dessutom, the PIPGF with more complex Y-shaped or Y-Y composite channels could be programmed to form distinctive microreactors for controlled droplet-based chemical merging reactions. The applications highlight the potential of PIPGF in microfluidic systems and in laboratory-on-a-chip settings. To demonstrate its potential in practice, the authors conducted a human blood grouping (ABO and Rh) diagnosis using the platform. An individual's blood type can be detected by monitoring the hemagglutination reaction between antigens and antibodies, which traditionally requires observational skills and facilities. I studien, the authors simply monitored blood grouping after mixing with antibodies, to detect if the composite blood groups slid down the PIPGF or not. Blood drops with no hemagglutination reaction slid, whereas blood drops where agglutination occurred remained pinned to the PIPGF surface.

The volume ratios of blood droplets to antibody droplets should be precisely optimized to influence the reaction time of hemagglutination. The simple detection and significant results on PIPGF microreactors may find important roles in cost-effective, clinical blood grouping applications. Photocontrollable PIPGF can form intelligent droplet microfluidic systems, with expansive features for programmable, multidisciplinary wettability applications in chemistry, materials engineering, energy and healthcare.

© 2018 Phys.org