Glaselektroder brugt i nanoskala pumpe

(PhysOrg.com) - Et team af ingeniører fra USA og Sydkorea har udviklet, hvad der menes at være den mindste menneskeskabte pumpe, der nogensinde er bygget, drevet af en glaselektrode. Pumpen har omtrent samme størrelse som et rødt blodlegeme.

Mens glas normalt ikke leder elektricitet, holdet opdagede for et par år siden, at glas på nanoskala kan lede elektricitet uden at gå i stykker. De har nu brugt ejendommen til at løse et problem, der er forbundet med nanoenheder, hvilket er vanskeligheden ved at integrere ledninger i dem for at give den nødvendige elektriske strøm.

Ingeniørerne involveret i forskningen var Sanghyun Lee fra Sydkoreas Pohang University of Science and Technology, og Alan Hunt og Ran An fra University of Michigan i Ann Arbor i USA. De bearbejdede nanokanaler inde i et glassubstrat (et mikroskopdækglas) ved hjælp af en ny laserteknik (kaldet "femtosecond-laser nanomachining"). efterlader en tynd glasvæg i spidsen af ​​hver kanal, der kan ændre egenskaber reversibelt fra en isolator til en leder i nærvær af høje elektriske felter. Dette fænomen kaldes "dialektisk nedbrydning, ” og resulterer normalt i overophedning og skader, men på nanoskalaen er der ingen skade på glasset.

Når kanalen er fyldt med en elektrisk ledende opløsning bliver den effektivt til en lille væsketråd, med glasvæggen for enden, der fungerer som en elektrode. Hunt beskrev tykkelsen af ​​glasvæggen ved at sige, at "hvis Alice spiste en svamp i Eventyrland og krympede til størrelsen af ​​en myg, tråden i hendes kjole ville være omtrent lige så tyk som den ledende glasvæg i elektroden."

Holdet demonstrerede glaselektroderne ved at bruge dem til at drive en mikroskopisk pumpe bestående af en samling af tre 0,6 mikrometer brede glaselektroder. Hver elektrode består af to kanaler placeret ende mod ende med glasvæggen imellem dem. Væggen ville normalt forhindre elektrolytten og den elektriske strøm i at passere igennem, men på nanoskalaen var anvendelse af et elektrisk potentiale på kun 10 volt nok til at omdanne isoleringsglasset til en ledende elektrode. Varmen genereret ved dielektrisk nedbrydning blev spredt så hurtigt i denne skala, at der ikke var nogen skade på glasset.

Pumpen virker ved elektroosmose, hvor elektricitet skubber væskerne fra den ene ende af pumpen til den anden. Pumpens hjerte måler kun fire mikrometer på tværs, og pumpen er i stand til at styre en flowhastighed på én femtoliter (10 ^-15 liter) i sekundet. Det kan bruges til applikationer som levering af lægemidler til en individuel celle eller til at tage væskeprøver fra enkelte celler. Glaselektroderne kunne også integreres i andre enheder i nanoskala.

Resultaterne af undersøgelsen er offentliggjort online i Natur nanoteknologi .

© 2010 PhysOrg.com