Indesluttet magnetisk kolloidt system til kontrollerbar væsketransport

Kolloide suspensioner af mikroskopiske partikler viser kompleks og interessant kollektiv adfærd. I særdeleshed, kolloidernes kollektive dynamik er grundlæggende og allestedsnærværende for materialesamling, robot bevægelse, mikrofluidisk kontrol, og i flere biologiske scenarier. Den kollektive dynamik af indesluttede kolloider kan være helt anderledes end frie kolloiders:f.eks. afgrænsede kolloider kan selvorganisere sig i hvirvelstrukturer, sammenhængende bevægelse, eller forskellig faseadfærd. På den ene side, på grund af kompleksiteten af ​​kolloide suspensioner, hvordan man finjusterer den kollektive dynamik af indesluttede kolloider er stadig uhåndgribelig. På den anden side, da mikroskala-indeslutningen er på samme længdeskala som den kolloide størrelse, det er svært at afgøre, hvordan kolloiderne spiller sammen med hinanden og de geometriske begrænsninger.

At studere det kolloide kollektiv i indespærringer, tidligere arbejde har været fokuseret på den mikroskopiske visualisering og simuleringsmetode, mangler direkte beviser for at karakterisere den mekaniske egenskab ved kolloid interaktion. Kan denne mekaniske egenskab sonderes på en direkte måde eller udtrykkes som feedback af kraft i realtid? Ved hjælp af flydende gating-teknologi, svaret kunne være ja. Det førende forskningsfelt "Liquid gating technology" blev valgt som "2020 Top Ten Emerging Technologies In Chemistry" annonceret af International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Liquid gating-teknologi tillader visse væsker selektivt at åbne og lukke porer efter behov. Især, væskegennemstrømningsmembraner kan reagere på trykændringer, som også indikerer transmembran væsketransportevne. Derfor, at bruge de trykdrevne indtrængningsvæsker som effektive årsager, mekanikken for de indesluttede kolloider kan bestemmes i realtid. I en ny forskningsartikel offentliggjort i Beijing-baserede National Science Review , forskere ved Xiamen University præsenterer et nyt paradigme for det flydende portsystem, der begrænser den magnetiske kolloide suspension i en porøs matrix. Dette begrænsede magnetiske kolloidsystem (CMCS) kan undersøge de mekaniske egenskaber af den kolloide suspension i realtid, viser evnen til at tillade eller stoppe mikroskalaflowet eller dynamisk manipulere væsketransporten.

Interessant nok, det ser ud til, at "frihed ikke er fri." For det første, de kolloide suspensioner fanges af den porøse matrix. Imidlertid, de indespærrede kolloider er også frie i deres begrænsede rum, fordi deres kollektive dynamik i høj grad kan kontrolleres via magnetfeltet. Den kollektive konfiguration af de afgrænsede kolloider er statistisk og termodynamisk karakteriseret ved den kolloide entropi. I mellemtiden samspillet mellem de indesluttede kolloider og samspillet mellem den kolloide suspension og geometriske begrænsninger er samtidigt angivet med trykværdien. Især trykændringen er i et lineært forhold til entropiændringen. Begge er tydeligt påvirket af de geometriske begrænsninger, pakningsfraktion af kolloider, og magnetfelternes styrker og retninger. I øvrigt, som et bevis på konceptet, dette system er blevet demonstreret til anvendelser af dynamisk og forprogrammeret væsketransport, fjernudgivelse af lægemidler, mikrofluidisk logik, og kemisk reaktion, muliggør bæredygtig antifouling-adfærd.

Ud over det magnetiske felt, den rapporterede strategi for entropiregulering af indesluttede kolloider er også anvendelig til andre eksterne eksterne stimuli, såsom akustisk felt, lysfelt, elektrisk felt, og så videre. Dette arbejde ville oplyse udnyttelsen til grundforskning af kolloid videnskab, og applikationer lige fra væsketransport, flerfaseseparation, logisk mikrofluidik, til programmerbar godstransport. De fund, der er beskrevet her, ville også uddybe forståelsen af ​​fænomener som sværm-intelligens, cellulært kollektiv, forurenende behandling med granulære partikler, og stop-and-go i trafikprop.