Forskere skaber justerbare skaller til at indkapsle små dråber

Forskere ved Indian Institute of Science (IISc) har udviklet en ny teknik til at indkapsle væskedråber, der bruges til forskellige anvendelser, herunder enkeltkrystalvækst og cellekultur.

Teknikken udnytter kapillæreffekten - stigningen af ​​en væske gennem et snævert rum - til at belægge dråber i en kompositskal indeholdende olieelskende og hydrofobe partikler. Det giver mulighed for at justere skaltykkelsen over et bredt område, hvilket tillader indkapsling af dråber af forskellige størrelser. Undersøgelsen blev offentliggjort i Nature Communications .

Dråber er vigtige på en række forskellige områder. "I mikroreaktorer kan dråber bruges til at skabe forskellige reaktionsmiljøer eller blande forskellige kemikalier. I lægemiddelleveringssystemer kan dråber bruges til at levere lægemidler eller andre midler til specifikke væv eller organer. I krystallisationsundersøgelser kan dråber bruges til at kontrollere vækst af krystaller Og i cellekulturplatforme kan dråber bruges til at dyrke celler i et kontrolleret miljø, hvilket kan være med til at forbedre cellernes levedygtighed og spredning,” forklarer ledende forsker Rutvik Lathia, Ph.D. studerende ved Center for Nano Science and Engineering (CeNSE), IISc.

Der er dog flere udfordringer ved at bruge sådanne dråber. De er sårbare over for forurening fra det omgivende miljø, letheden og succesen af ​​en bestemt proces afhænger meget af overfladen, de tabes på, og de kan forsvinde ud i den blå luft ret hurtigt.

Mens indkapsling af dråber med væsker eller faste stoffer, der ikke blandes med dråberne (som vanddråber inde i en olieskal), er en plausibel løsning for at undgå disse problemer, hvilket gør en skal, der er hårdfør, kontinuerlig og har en justerbar tykkelse med en super lille smule skalaen har vist sig at være uhåndgribelig indtil videre.

For at løse disse udfordringer har Prosenjit Sen, lektor ved CeNSE, og hans team udviklet en ny kapillær kraft-assisteret tilsløringsmetode til at fange dråber i kolloide partikler og væskeinfunderede overflader.

Først overtrukne de omhyggeligt dråber med små hydrofobe og olieelskende perler og forvandlede dem til det, de kalder flydende marmorkugler (LM). Når disse LM holdes på olie-infunderede overflader, træder kapillære kræfter ind, hvilket tillader olien at stige op i små porer skabt mellem individuelle perler. Disse perler spiller en afgørende rolle i at fremme og stabilisere dannelsen af ​​en væskefilm omkring dråben, der effektivt indkapsler den. Forskerne var også i stand til at bruge voks i stedet for olie til at skabe en solid skal ved at justere temperaturen.

En sådan indkapsling reducerede dråbernes fordampningshastighed med op til 200 gange, hvilket øgede levetiden for disse dråber, fandt holdet. De var også i stand til at justere skaltykkelsen fleksibelt over et bredt område - fra 5 μm til 200 μm. Dette gjorde det muligt for dem at rumme dråber med volumener fra 14 nL til 200 μL.

"Vores metode til at indkapsle dråber introducerer et væld af nye muligheder inden for dråberelaterede anvendelser. Den afstembare karakter af skallerne, både faste og flydende, giver mulighed for præcis kontrol over forskellige parametre, hvilket gør den alsidig til anvendelser inden for kemi, biologi , og materialevidenskab," siger senator

Forskerne brugte disse belagte dråber til at dyrke enkeltkrystaller med succes. De kunne også bruge de belagte dråber til biologiske anvendelser såsom 3D-cellekultur og dyrkning af gærceller i laboratoriet med forbedrede succesrater.

"Indtil videre er vi i stand til at lave voksbaserede faste kapsler og oliebaserede flydende kapsler," tilføjer Sen. "Nu kigger vi på nyere materialer for at danne kapsler med forskellige egenskaber, der kan forbedre tunerbarheden yderligere, såsom polymerbaserede kapsler."

Flere oplysninger: Rutvik Lathia et al., Tunbar indkapsling af fastsiddende dråber med faste og flydende skaller, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41977-1

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Indian Institute of Science