Første kontrollerbare nanoskala gas-væske-grænseflade fremstillet

"Sådan overflademodifikation bruges almindeligvis til mikrofluidiske kanaler, men dens anvendelighed for nanofluidiske kanaler er næsten aldrig udforsket," sagde Xu.

Mens mikrofluidiske enheder kan fremstilles af en række forskellige materialer, kræver nanofluidiske enheder et glassubstrat. Ifølge Xu gør glasegenskaber, såsom optisk gennemsigtighed, termisk stabilitet og mekanisk robusthed, det til et gunstigt materiale til anvendelser inden for en bred vifte af discipliner og et ideelt materiale inden for nanofluidik.

Mens det er hydrofilt af natur, kan glas gøres hydrofobt, en teknik, der bruges til overflademodifikation for at hjælpe med at forhindre molekyler i prøvevæsken i at binde sig til molekyler i glasset. Forskerne lavede også glas nanokanaler - som er omtrent bredden af ​​1/1.000 et ark papir - med hydrofile guld nanomønstre præcist placeret for lokalt at tiltrække flydende molekyler ved indgangen til nanokanaler. Guld nanomønstrene blev fremstillet ved hjælp af en teknik kaldet "Nano-in-Nano" integration, som blev udviklet af forskerne og giver mulighed for præcise mønstre af meget mindre funktionelle nanomønstre i de bittesmå nanofluidkanaler.

Den resulterende fremstillede nanofluidisk enhed er lidt større end et frimærke og ikke meget tykkere. De størrelsesvarierede nanokanaler, usynlige for det menneskelige øje, sidder i midten, klemt inde mellem et væskeindføringssystem formet som to hestesko.

For at teste den hydrofobe behandling skubbede forskerne vand ind i de bredere, endimensionelle (1D) nanokanaler. I ikke-behandlede kanaler vil vandet væge sig ind i de smallere, todimensionelle (2D) nanokanaler ved hjælp af den samme kraft, som lader planter distribuere vand fra rødderne til bladene uden eksternt tryk.

"I modsætning hertil observerede vi, at vandstrømmen stoppede ved indgangen til de 2D nanofluidkanaler op til et eksternt tryk på 400 kPa," sagde Xu. Det svarer omtrent til kraftækvivalenten til det gennemsnitlige vandtryk fra en vandhane i hjemmet. Ud over det pres fandt forskerne ud af, at vand ville bryde de nanofluidiske kanaler.

Testen validerede den konstruerede hydrofobe natur af kanalerne, så forskerne fyldte derefter kanalerne med vandig ethanolopløsning ved højt tryk og brugte derefter luft til at fjerne væske fra den venstre kanal, hvilket skabte en gas-væske-grænseflade. Under nul tryk rejste grænsefladen til 2D nanokanal-indgangene og stoppede ensartet ved de hydrofile guld nanomønstre og holdt i over en time. Under et vist eksternt pres kunne grænsefladen transporteres langs de nanofluidiske kanaler.

Med stabiliteten af ​​nanoskala gas-væske-grænsefladen bekræftet, testede forskerne også med succes evnen til at koncentrere molekyler af interesse i nanoskala-grænsefladen.

Forskerne planlægger at videreudvikle chip-baserede analytiske og diagnostiske enheder, der er i stand til at adskille, koncentrere og detektere biologisk materiale, såsom vira eller biomarkører, fra ekstremt små prøver.

"Gas-væske-grænseflader i nanoskala fremstillet i hydrofile og hydrofobe nanomønstrede nanofluidkanaler giver mulighed for præcist at berige målmolekyler i et veldefineret rum i nanoskala, hvilket revolutionært påvirker en række kemiske, fysiske og biologiske processer og applikationer i fremtiden," Xu sagde. + Udforsk yderligere

Exosome nanoporator:En nanofluidisk enhed til udvikling af exosom-baserede lægemiddelleveringsmedier