Ny mikrofluidisk metode udvider værktøjskassen til nanopartikelmanipulation

Dette billede viser 2-D mikrofluidfælden. (a) Dette er et optisk mikrofotografi af en mikrofluidisk manipulationsenhed. Enkelte partikler er indespærret på et forudbestemt sted inden for krydset mellem to vinkelrette mikrokanaler (fangstområde). To on-chip membranventiler (sort) placeret over en indløbskanal og en udløbskanal bruges som doseringsventiler til at styre de relative strømningshastigheder gennem de modstående kanaler (rød), derved manipulere og fange partikler ved mikrokanalforbindelsen. (b) Dette er et skema over 2-D partikelindfangning. To modstående laminære strømme mødes i skæringspunktet mellem to vinkelrette mikrokanaler, skabe et veldefineret flowfelt indeholdende et stagnationspunkt, hvor et objekt er fanget. (c) Den mikrofluidiske manipulationsanordning består af et dækglas af glas og en PDMS-plade, der indeholder mikrokanalerne og ventilerne. Kredit:Genoptrykt med tilladelse 2013 American Chemical Society. Charles M. Schroeder, University of Illinois

(Phys.org) – Forskere ved University of Illinois i Urbana-Champaign har udviklet en ny flow-baseret metode til at manipulere og indeslutte enkelte partikler i fri opløsning, en proces, der vil hjælpe med at løse de aktuelle udfordringer, som nanovidenskabsmænd og ingeniører står over for.

"Denne metode er et første af sin slags værktøj til manipulation og indfangning af små nanopartikler i opløsning, " forklarede Charles M. Schroeder, en adjunkt ved Institut for Kemi- og Biomolekylær Teknik i Illinois. "Brug af væskeflow i en mikrofluidisk enhed betyder, at elektriske, magnetiske, optisk, eller akustiske kraftfelter er ikke nødvendige."

Den nye metode og forskningen til at udvikle den blev offentliggjort i maj 2013-udgaven af Nano bogstaver , i et papir med titlen "Manipulation og indeslutning af enkeltpartikler ved hjælp af væskestrøm, "forfattet af Schroeder og postdoc-forsker Melikhan Tanyeri.

I dag, finskala manipulation af små partikler er fortsat en stor udfordring på området. Nuværende metoder til partikelfangning er hovedsageligt afhængig af elektrokinetiske, magnetiske, eller optiske kraftfelter, som muligvis ikke er kompatible med biomolekyler eller biologiske systemer.

Sammen, Schroeder og Tanyeri udviklede en "mikrofluidisk fælde", der er i stand til 2-D partikelmanipulation ved at bruge væskestrømmens eneste virkning.

Schroeder og forskere demonstrerer flere unikke egenskaber ved mikrofluidfælden, inklusive 2-D manipulation af partikler så små som 500 nanometer i størrelse i vand, med en positioneringspræcision på kun omkring 180 nanometer, indfangning af partikler så små som 100 nanometer, og aktiv kontrol over opløsningsbetingelserne for en fanget partikel. Alt dette opnås med en simpel PDMS-baseret mikrofluidisk enhed uden behov for kompleks instrumentering til optisk fangst eller generering af elektriske felter.

Dette billede viser 2-D mikromanipulation af enkelte partikler ved hjælp af væskeflow. (a) Dette er en prøvebane af en enkelt partikel manipuleret i to dimensioner ved hjælp af fælden. En forudbestemt bane blev programmeret til at stave bogstavet "C". (b) Dette viser dynamisk kontrol af det omgivende medium af en fanget partikel. En enkelt fluorescein-belagt polystyrenperle er fanget, og det omgivende medium udveksles periodisk på en forprogrammeret måde mellem høj pH og lav pH bufferopløsninger. Intensiteten af fluorescensemissionen fra det pH-følsomme farvestof svinger, når det omgivende medium ændres, demonstrerer effektiviteten af bufferudvekslingen i fælden. Kredit:Tilpasset med tilladelse 2013 American Chemical Society. Charles M. Schroeder, University of Illinois

"Den mikrofluidiske fælde giver en fundamentalt ny metode til indfangning og analyse af enkelte partikler eller enkelte molekyler, supplerer eksisterende teknikker, " sagde Schroeder. "Vores nye teknologi vil finde udbredt brug i tværfaglige områder såsom nanovidenskab, materialevidenskab, komplekse væsker, bløde materialer, mikrobiologi, og molekylærbiologi."

Schroeder og Tanyeri sagde, at de nu har evnen til at fange en række partikelstørrelser.

"I modsætning til eksisterende metoder såsom konventionelle optiske eller magnetiske fælder, den mikrofluidiske fælde giver mulighed for at fange små nanopartikler, mindre end 30 nanometer i fri opløsning, " sagde Tanyeri.

Med den præcise positionskontrol af enkelte nanopartikler i fri opløsning, videnskabsmænd vil være i stand til at udforske nye teknologier, fra molekylær teknik til bottom-up samling af nanostrukturer.

"Væskestyret samling kan yderligere forbedre eksisterende litografi, selvmontering, og overflademønstermetoder til fremstilling af funktionelle materialer og enheder i nanoskala, " sagde Tanyeri. "Dette er et nøgleteknologisk fremskridt, der vil hjælpe med at løse problemer inden for nanovidenskab og teknik, som er utilgængelige for nuværende metoder, såsom rettet montering og mønsterlægning af bløde materialer."

Sidste artikelSpecifikt størrelse guld nanopartikelkugler øger følsomheden af lysbaseret kemisk detektor

Næste artikelHårsensor afdækker skjulte signaler