Global, avdunstningsreglerad, mikro/nanofluidanordning (GECMN) för transportkontroll av små molekyler. a) Schematisk illustration av GECMN bestående av två mikrokanaler anslutna till nanosliten. b) Diffusiv masstransport av små molekyler mot dräneringskanalen är förbjuden av det avdunstningsdrivna advektivflödet från avloppet mot centrum av nanoslitsen, får de små molekylerna att samlas i den uttorkade nanoslitsen. c) Ackumulerade små molekyler transporteras mot dräneringskanalen på grund av diffusion för den hydratiserade nanoslitsen. Kredit:Ulsan National Institute of Science and Technology
Mikrofluidchip har ett stort löfte för oöverträffade tillämpningar inom patogendetektion och cancerdiagnostik. Sådana enheter kräver ofta tunna filmer i nanoskala för filtrering av vätskeprover, såväl som kraftenheter eller kemiska stimuli som styr dess flödesriktning. Dock, många utmaningar kvarstår fortfarande med de flesta prejudikatmekanismer, inklusive komplicerade tillverkningsprocesser, begränsningar av material, och oönskade skador på prover.
Ett forskarlag, under ledning av professor Taesung Kim vid institutionen för maskinteknik vid UNIST presenterade den avdunstningsdrivna transportkontrollen av små molekyler i gasgenomsläppliga nanoslitsar och låga aspektförhållande, varvid både de diffusiva och advektiva masstransporterna av lösta ämnen påverkas av lösningsmedelsavdunstning genom de nanoslitsade väggarna.
Till skillnad från den befintliga metoden, den nya tekniken har väckt stor uppmärksamhet som en multifunktionell kärnteknologi som möjliggör aktiv och mångsidig kontroll av små molekyler, som ventiler, koncentrera sig, pumpa, och filtreringsförmåga på ett chip, utan att skada proverna.
I den här studien, forskargruppen karakteriserade experimentellt effekten av förångningsflödet på masstransporten av små molekyler i olika nanoslitsintegrerade mikro/nanofluidiska enheter. Deras resultat visade att transporten av små molekyler längs nanosliten till stor del styrdes av förångningsflödet och nanoslitens längd. De utförde också numeriska simuleringar för att teoretiskt stödja de experimentella resultaten med advektions- och diffusionsmodellen, därigenom möjliggörs beskrivningen av transporten med den icke-dimensionaliserade diffusionskoefficienten och förångningsflödet.
Lokal, avdunstningsreglerad, mikro/nanofluidanordning (LECMN), möjliggör adresserbar molekyltransportport i en mikro/nanofluidanordning. Kredit:UNIST
De visade vidare att förångningsdriven transportkontroll i nanoslitsbaserade mikro/nanofluidenheter kan användas som en molekylventil, koncentrator, pump, och filter, visar en anmärkningsvärd potential för en mängd olika tillämpningar i mikro/nanovätskor.
Forskare använde också sin tidigare sprickningsassisterade fotolitografi för att tillverka en global, avdunstningsreglerad, mikro/nanofluidanordning (GECMN) integrerad med en gasgenomsläpplig, PDMS-baserad nanoslit, som tillät diffusiv masstransport men undertryckte tryckdrivet flöde via högt hydrauliskt motstånd.
Deras resultat har publicerats i onlineversionen av Naturkommunikation den 26 februari, 2021. Denna studie har fått stöd av ett anslag från National Research Foundation of Korea (NRF), finansierat av det koreanska ministeriet för vetenskap och IKT (MSIT).
