Bayreuth-forskare har hittat sätt att kontrollera små partiklar i vätskor med hjälp av magnetiska mönster. Forskningsresultaten har nu publicerats i Nature Communications under rubriken "Samtidig och oberoende topologisk kontroll av identiska mikropartiklar i icke-periodiska energilandskap."

Sammantaget kan den samtidiga och oberoende transporten av kolloidala partiklar över magnetiska mönster vara till stor nytta inom olika vetenskaps- och teknikområden för att producera skräddarsydda material, förbättra biomedicinska tillämpningar, utföra laboratorietester eller undersöka grundläggande vetenskapliga frågor.

I detta teoretiska och experimentella arbete har Nico C.X. Stuhlmüller och Prof Dr Daniel de las Heras (teori) tillsammans med Farzaneh Farrokhzad och Prof Dr Thomas Fischer (experiment) undersökte den samtidiga och oberoende transporten av identiska kolloidala partiklar (nano- till mikrometerstora partiklar suspenderade i en vätska) över magnetiska mönster.

Externa fält, såsom elektriska och magnetiska fält, används ofta för att transportera en samling kolloidala partiklar. Identiska partiklar transporteras sedan i samma riktning under påverkan av fältet. Forskarna visar här att med hjälp av icke-periodiska energilandskap är det möjligt att exakt kontrollera transporten av en samling identiska kolloidala partiklar samtidigt och oberoende.

Magnetiska mikropartiklar placeras ovanför ett magnetiskt mönster. Mönstret är gjort med upp- och nedmagnetiserade områden arrangerade på olika sätt beroende på positionen över mönstret. Transporten drivs sedan av moduleringsslingor av orienteringen av ett externt magnetfält. Ett komplext tidsberoende och icke-periodiskt energilandskap uppstår på grund av kopplingen mellan det externa magnetfältet och fältet som skapas av mönstret.

Godtyckligt komplexa och skräddarsydda banor av flera identiska kolloidala partiklar kan kodas samtidigt i antingen mönstret eller moduleringsslingorna. Som en illustration visar forskarna hur identiska kolloidala partiklar under påverkan av samma moduleringsslinga kan skriva de första 18 bokstäverna i alfabetet.

Utöver dess grundläggande intresse öppnar detta arbete nya vägar till omkonfigurerbar självmontering inom kolloidal vetenskap och har potentiella tillämpningar i multifunktionella lab-on-a-chip-enheter. En exakt och samtidig målinriktad kontroll av kolloidala partiklar med hjälp av magnetfält kan till exempel användas för att utveckla mikrofluidsystem som transporterar partiklar för laboratorietester och medicinsk diagnos.

Mer information: Nico C. X. Stuhlmüller et al, Samtidig och oberoende topologisk kontroll av identiska mikropartiklar i icke-periodiska energilandskap, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43390-0

Journalinformation: Nature Communications

Tillhandahålls av Bayreuth University