Teknologi øger mikrofluidisk forskningsdata output 100 gange

Forskere har udviklet en teknik, der giver brugerne mulighed for at indsamle 100 gange mere spektrografisk information om dagen fra mikrofluidiske enheder, sammenlignet med den tidligere industristandard. Den nye teknologi har allerede ført til en ny opdagelse:Hastigheden af ​​at blande ingredienser til kvanteprikker, der bruges i LED'er, ændrer farven på lys, de udsender - selv når alle andre variabler er identiske.

"Halvleder nanokrystaller er vigtige strukturer, der bruges i en række forskellige applikationer, lige fra LED-skærme til solceller. Men det er vanskeligt at producere nanokrystallinske strukturer ved hjælp af kemisk syntese, fordi det, der fungerer godt i lille skala, ikke kan skaleres direkte op – fysikken virker ikke, " siger Milad Abolhasani, en assisterende professor i kemisk og biomolekylær teknik ved North Carolina State University og tilsvarende forfatter til et papir om arbejdet.

"Denne udfordring har ført til en interesse for kontinuerlige nanofremstillingstilgange, der er afhængige af præcist kontrolleret mikrofluidbaseret syntese, "Abolhasani siger. "Men at teste alle de relevante variabler for at finde den bedste kombination til fremstilling af en given struktur tager ekstremt lang tid på grund af begrænsningerne i de eksisterende overvågningsteknologier - så vi besluttede at bygge en helt ny platform."

I øjeblikket, mikrofluidisk overvågningsteknologi er fastgjort på plads, og overvåge enten absorption eller fluorescens. Fluorescensdata fortæller dig, hvad krystallens emissionsbåndgab er – eller hvilken lysfarve den udsender – hvilket er vigtigt for LED-applikationer. Absorptionsdata fortæller dig krystallens størrelse og koncentration, som er relevant for alle applikationer, samt dets absorptionsbåndgab - hvilket er vigtigt for solcelleapplikationer.

For at overvåge både fluorescens og absorption har du brug for to separate overvågningspunkter. Og, fastgøres på plads, mennesker ville fremskynde eller sænke strømningshastigheden i mikrofluidkanalen for at kontrollere reaktionstiden for den kemiske syntese:jo hurtigere strømningshastigheden, jo mindre reaktionstid en prøve har, før den når overvågningspunktet. Arbejder i døgndrift, denne tilgang ville give et laboratorium mulighed for at indsamle omkring 300 dataprøver på 24 timer.

Abolhasani og hans team udviklede en automatiseret mikrofluidisk teknologi kaldet NanoRobo, hvor et spektrografisk overvågningsmodul, der indsamler både fluorescens- og absorptionsdata, kan bevæge sig langs mikrofluidkanalen, indsamler data undervejs. Systemet er i stand til at indsamle 30, 000 dataprøver på 24 timer – fremskynder opdagelsen, screening, og optimering af kolloide halvleder nanokrystaller, såsom perovskit kvanteprikker, i to størrelsesordener.

Og, på grund af det nye overvågningsmoduls translationelle evne, systemet kan studere reaktionstiden ved at bevæge sig langs mikrofluidkanalen, snarere end at ændre flowhastigheden – hvilket, forskerne opdagede, gør en stor forskel.

Fordi NanoRobo gjorde det muligt for forskere at overvåge reaktionstid og flowhastighed som separate variabler for første gang, Abolhasani var den første til at bemærke, at hastigheden af ​​prøverne i mikrofluidkanalen påvirkede størrelsen og emissionsfarven af ​​de resulterende nanokrystaller. Selvom alle ingredienserne var ens, og alle de andre forhold var identiske, prøver, der bevægede sig – og blandede – med en hurtigere hastighed, producerede mindre nanokrystaller. Og det påvirker farven på lys, som disse krystaller udsender.

"Dette er blot endnu en måde at justere emissionsbølgelængden af ​​perovskit nanokrystaller til brug i LED-enheder, " siger Abolhasani.

NC State har indgivet et foreløbigt patent, der dækker NanoRobo og er åben for at udforske potentielle markedsapplikationer for teknologien.

Papiret, "Automatiseret mikrofluidisk platform til systematiske undersøgelser af kolloide perovskit nanokrystaller:mod kontinuerlig nano-fremstilling, " er offentliggjort i tidsskriftet Lab on a Chip .