Superhydrophobicity membantu untuk memisahkan microparticles secara berkesan • Taras Molotilin • Berita sains mengenai "Unsur" • Nanoteknologi

Superhydrophobic membantu memisahkan mikrofon secara berkesan

Rajah. 1. Prinsip pemisahan mikropartikel. Bendalir dalam saluran bergerak ke arah yang ditunjukkan anak panah. Dinding bawah saluran ini adalah tekstur superhydrophobic dan memberikan perubahan ke arah aliran bendalir di dekat dinding ini. Zarah saiz yang berbeza (hijau dan merah bola) pada kelajuan yang berbeza turun: zarah yang lebih besar dan lebih berat turun lebih cepat. Oleh itu, ia berlaku di dinding bawah perobohan yang lebih lama

Dalam majalah itu Makmal pada Cip Satu artikel oleh sekumpulan ahli fizik di bawah kepimpinan Olga Vinogradova muncul di mana kaedah baru dicadangkan untuk memisahkan microparticles dalam saluran tipis. Di antara banyak kerja dari bidang yang sama, pendekatan baru dibezakan oleh fakta bahawa ia menggunakan permukaan superhidrofobik. Sepanjang dekad yang lalu sistem ini telah mendapat perhatian ahli teori, tetapi mereka jarang ditemui dalam kajian percubaan, terutama yang berkaitan dengan perilaku zarah. Dalam kerja baru ini, mungkin untuk menggabungkan teori dengan amalan dan, lebih-lebih lagi, untuk mencapai keputusan yang tidak dapat diakses dengan kaedah lain yang serupa.

Kaedah pemisahan (atau pembahagian) mikro dan nanopartikel menjadi semakin popular.Dalam kajian moden, sama ada sintesis koloid atau analisis sampel biologi, semakin diperlukan untuk memisahkan zarah mengikut saiz, bentuk, mekanikal atau beberapa sifat lain.

Sebagai contoh, salah satu kaedah awal untuk mendiagnosis kanser melibatkan sel-sel kanser yang mengawasi sel darah pesakit. Sel-sel ini adalah serpihan tumor yang dibasuh ke aliran darah utama. Masalahnya adalah bahawa pengesanan mudah sel-sel dalam darah tidak mencukupi: anda juga perlu mengetahui tumpuan sebenar mereka, dan dalam kes yang ideal – untuk mengasingkan sel-sel ini dalam bentuk tulen mereka untuk analisis lanjut.

Terdapat beberapa kaedah imunokimia yang membolehkan pemisahan kuantitatif sel kanser dan, sebagai contoh, leukosit. Dalam kes ini, sel-sel tumor dilabelkan dengan antibodi tertentu, yang berfungsi sebagai label untuk pengasingan seterusnya. Walau bagaimanapun, kaedah ini boleh menjejaskan komposisi kimia sel, mengubah sifat biologinya, yang seterusnya menjadikan analisisnya mustahil atau sia-sia.

Untuk mengatasi kekurangan ini, kaedah "lembut" fraksionasi telah dibuat yang tidak mengubah zarah semasa pemisahan. Kebanyakan kaedah dalam kelas ini adalah berdasarkan kepada kesan hidrodinamik.Dalam pendekatan sedemikian, zarah dipisahkan kerana hakikat bahawa ia berakhir di bahagian cecair dengan corak aliran yang berlainan. Kelebihan penting kaedah ini adalah bahawa mereka tidak mempengaruhi komposisi kimia zarah yang dipisahkan, tetapi hanya menggunakan sifat mekaniknya.

Di antara kaedah hidrodinamik, pemisahan inersia adalah yang paling biasa (lihat: D. Di Carlo, 2009. Mikrofluidik inersia) dan fraksionasi dalam bidang luaran (Penguraian aliran medan, lihat juga: T. Kowalkowski et al., 2007. Fraksi Bidang-Bidang: Teori , Teknik, Aplikasi dan Cabaran). Dalam kes pertama, zarah dibahagikan di sepanjang koordinat tegak disebabkan oleh daya angkat inersia yang berlaku apabila aliran bendalir pada kelajuan tinggi. Dalam kes kedua, pemisahan itu disebabkan oleh hakikat bahawa bidang luaran (graviti, elektrik atau magnet), bertindak dengan daya yang berbeza pada zarah-zarah yang berlainan, melibatkan mereka dalam bahagian aliran pada kelajuan yang berbeza. Hasilnya, pemisahan zarah berlaku sama ada secara menegak, tetapi dengan resolusi kecil (lihat: N. Pamme, 2007. Pemisahan aliran berterusan dalam peranti mikrofluid), atau mengikut masa, yang menjadikan fraksinasi aliran berterusan mustahil – zarah perlu dibahagikan kepada "bahagian".

Tetapi untuk kedua-dua kaedah tersebut kerana resolusi kecil, dekat dengan saiz zarah, kaedah tambahan diperlukan untuk meningkatkan kesan utama.Sebagai contoh, ini boleh dicapai kerana geometri khas dinding, belokan saluran, kehadiran protrusion dan alur, dan sebagainya. Kehadiran ciri-ciri sedemikian menjadikan sukar untuk menerangkan teori secara sistematik, oleh itu, kaedah berdasarkan fraksionasi dalam bidang luaran sering semi-empirikal dan hanya berlaku untuk zarah-zarah tertentu yang dibahagikan.

Dalam Laboratorium Fizikokimia Permukaan Modified (IFHE RAS), di bawah pimpinan Profesor Olga Vinogradova, satu pendekatan baru untuk fraksionasi telah dibangunkan, menggabungkan dua kelebihan sekaligus: pertama, ia membolehkan pemisahan zarah merentasi aliran, yang secara drastik memudahkan pengumpulan selanjutnya menjadi pecahan, dan kedua, kaedah itu dapat sepenuhnya menggambarkan secara teoritis, yang menghilangkan unsur "pemilihan" dan membolehkan anda mengira parameter pemasangan dan eksperimen secara tepat.

Kaedah yang dicadangkan adalah berdasarkan penggunaan struktur superhydrophobic sebagai bahan untuk salah satu dinding saluran. Struktur ini diketahui terutamanya untuk fakta bahawa mereka secara signifikan mengurangkan ketahanan likat apabila mengepam cecair melalui saluran nipis.Kesan yang sama dicapai disebabkan oleh penggantian bahagian dinding pepejal dan rongga yang penuh dengan gas, di mana cecair tergelincir hampir tanpa geseran.

Ternyata struktur pancaran rongga gas (tekstur "striped" atau "strip") bukan sahaja dapat mengurangkan ketahanan likat, tetapi juga untuk mengawal arah dan sifat aliran di dekat dinding. Jadi, jika tekstur bergelombang diputar pada sudut 45 ° ke arah utama saluran, cecair berhampiran permukaan akan berputar sepanjang jalur, dan jumlah aliran dalam saluran akan menjadi lingkaran.

Jika di pintu masuk saluran untuk melancarkan campuran zarah saiz yang berbeza, di bawah tindakan graviti, mereka akan mula menetap pada kelajuan yang berbeza. Semakin besar zarah, semakin cepat ia akan menyelesaikan: daya graviti berkadaran dengan volum (iaitu, radius dalam ijazah ketiga), dan daya rintangan – kepada jejari (dalam ijazah pertama). Semakin cepat zarah mendekati dinding bawah, semakin cepat ia akan beralih ke arah jalur kerana ciri-ciri aliran.

Apabila memerhatikan zarah-zarah di hujung saluran, ternyata bahawa zarah-zarah yang besar jauh lebih jauh daripada yang kecil (Rajah 1).Penyebaran adalah sehingga beberapa puluhan mikron, manakala radiasi zarah berada dalam julat satu hingga lima mikron. Dengan hanya mencantas saluran pada akhirnya, adalah mungkin untuk mencapai fraksinasi zarah yang cekap.

Dalam penerbitan asal diberikan penerangan teori mengenai kesannya, serta hasil pengesahan eksperimennya. Penulis berjaya mencapai pemisahan zarah-zarah yang berbeza dalam jejari hanya dengan 0.5 mikron.

Kaedah yang dicadangkan itu boleh menjadi satu lagi langkah penting dalam pembangunan mikrofluidik – kawasan yang ingin membuat peranti kecil yang menggabungkan fungsi komputer, serta makmal sintetik dan klinikal. Di masa akan datang, jika semuanya berjalan lancar, makmal makmal-dalam-a-cip dengan fungsi pemilihan, sebagai contoh, sel-sel kanser mungkin berubah menjadi kenyataan.

Sumber: A.S. Asmolov, A.L. Dubov, T.V. Nizkaya, A.J.C. Kuehne, O. I. Vinogradova. Prinsip aliran melintang mikropartikel dalam saluran superhidrofobik // Makmal pada Cip. 2015. V. 15. P. 2835-2841.

Lihat juga:
P. Sajeesh dan A. K. Sen. Pemisahan zarah dan penyisihan dalam peranti microfluidic: kajian // Microfluidics dan Nanofluidics. 2014. V. 17. P. 1-52.

Taras Molotilin


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: