Forskare från Griffith University har löst ett problem som plågar mikroreaktorer av små droppar som kan förbättra livskraften för tillämpningar som läkemedelsleverans och avfallshantering. Publicerad i Applied Physics Letters , tekniken som teamet utvecklade använder kondens för att noninvasivt fylla på de flytande kulorna som tidigare kollapsade på grund av avdunstning.

"Flytande kulor är droppar av lösning som vi lindar in i ett tunt lager av mikropartiklar som kan användas för ett antal biologiska, kemiska och biokemiska tillämpningar", säger medförfattaren professor Nam-Trung Nguyen från Queensland Micro and Nanotechnology Centre.

"Flytande kulor används som mikroreaktorer för att hysa olika kemiska, biokemiska och biologiska ändamål som odling av celler och applikationer som den vanliga PCR, en DNA-förstärkningsteknik som används för att detektera covid-19.

"Att använda flytande kulor för dessa ändamål minskar avsevärt mängden reaktanter och plastförnödenheter som behövs."

För att skapa kulorna rullas en droppe av reaktionslösningen över en pulverbädd av hydrofoba (vattenbeständiga) partiklar eller oleofoba (oljebeständiga) partiklar, så att de skapar en barriär runt droppen som isolerar dess innehåll från omgivningen.

När de väl har bildats står emellertid flytande kulor inför ett stort problem:avdunstning.

"Partikelbeläggningen som bildas runt droppen kan innehålla vätska som varierar i volym från några nanoliter till några mikroliter", säger huvudförfattaren Dr Kamalalayam Rajan Sreejith från Queensland Micro and Nanotechnology Centre.

"Pulverbeläggningen runt droppen är porös, vilket innebär att vätska kan avdunsta långsamt. På grund av denna övertid kan vätska försvinna, särskilt när utomhustemperaturen är högre eller ständigt växlar mellan höga och låga temperaturer, vilket sker vid PCR-reaktioner.

"Denna process gör att den flytande marmorn tappar sin volym och så småningom bucklas och kollapsar."

Tidigare lösningar på detta problem var att invasivt fylla på den förlorade vätskan med hjälp av sprutpumpar och kräva mycket svåra tekniker som flödesavkänning och exakt flödeskontroll.

"För att undvika dessa svårigheter utvecklade vi en enkel och icke-invasiv metod för att fylla på flytande kulor," sa professor Nguyen.

"Processen vi utvecklade bygger på kondens, liknande sättet som dagg bildas på sidan av din koksburk. När luftfuktigheten och temperaturen är rätt kondenserar vatten i luften på burken och bildar vattendroppar.

"Vi efterliknar denna process för att fylla på den flytande marmorn genom att konstruera det yttre tillståndet runt marmorn för att uppmuntra vatten i luften utanför att kondensera på marmorn när den gör koksburken och sedan samlas in i den porösa beläggningen, vilket gör att den flytande marmorn kan fylla på och förhindra buckling eller kollaps."

Denna nuvarande påfyllningsprocess demonstrerades i en speciellt konstruerad miljö, men forskarna hoppas kunna optimera den för praktisk användning i olika mikrofluidikapplikationer. + Utforska vidare

Den märkliga uppgiften att se flytande kulor torka