Ny mikrofluidisk tilgang til rettet samling af funktionelle materialer

(Phys.org) – Forskere fra University of Illinois i Urbana-Champaign har udviklet en ny tilgang med applikationer i materialeudvikling til energiopsamling og -lagring og til optoelektroniske materialer.

Ifølge Charles Schroeder, en adjunkt ved Institut for Kemi- og Biomolekylær Teknik, resultaterne viser, at peptidprecursormaterialer kan justeres og orienteres under deres samling til polypeptider ved hjælp af skræddersyede flows i mikrofluidiske enheder.

Forskningen var et samarbejde mellem Schroeder og William Wilsons laboratorier, en forskningsprofessor i materialevidenskab og teknik og Frederick Seitz Materials Research Laboratory i Illinois. Deres resultater blev offentliggjort i et papir med titlen, "Fluidisk-styret samling af justerede oligopeptider med pi-konjugerede kerner, " i august 2013-udgaven af Avancerede materialer .

"En stor udfordring inden for materialevidenskab er evnen til at styre samlingen af ​​avancerede materialer til ønsket funktionalitet, " siger Amanda Marciel, en kandidatstuderende i Schröders laboratorium og en af ​​avisens forfattere. "Imidlertid, design af nye materialer er ofte hæmmet af vores manglende evne til at kontrollere den strukturelle kompleksitet af syntetiske polymerer.

"For at imødekomme behovet for kontrolleret behandling af funktionelle materialer, vi udviklede en mikrofluidbaseret platform til at drive samlingen af ​​syntetiske oligopeptider, " forklarede Marciel. "Ved at bruge en mikrofluidisk enhed, vi samlede DFAA og DFAG til endimensionelle nanostrukturer ved hjælp af en plan forlængelsesstrøm genereret i en krydsspaltegeometri."

Dynamikken i samlingsprocessen kan følges i realtid ved hjælp af fluorescensmikroskopi og spektroskopi.

"Den samlede nanostruktur er spektralt forskellig fra den syntetiske oligopeptidmonomer, som kan bruges til at overvåge dynamikken i nanostrukturdannelse, " tilføjede Marciel. "Ved at bruge præcis hydrodynamisk kontrol af den mikrofluidiske platform, forskerne demonstrerede dannelsen af ​​flere parallelt tilpassede syntetiske oligopeptid-nanostrukturer og deres efterfølgende adskillelse. Ved at modulere volumetriske strømningshastigheder i enheden var de i stand til at manipulere positionen af ​​væske-væske-grænsefladen ved mikrokanalforbindelsen.

Under denne proces, nanostrukturer, der oprindeligt dannes ved den reaktive laminære grænseflade, nedsænkes i den fremadskridende sure strøm, derved bevares integriteten af ​​de præformede nanostrukturer, mens dannelsen af ​​en justeret nanostruktur påbegyndes ved den nye grænsefladeposition.

"Vores tilgang har potentialet til at muliggøre reproducerbar og pålidelig fremstilling af avancerede materialer." sagde Marciel. "Opnåelse af bestilling i nanoskala i samlede materialer er blevet det primære fokus for den seneste indsats på området. Disse tilgange vil i sidste ende føre til ønsket morfologi i funktionelle materialer, hvilket vil forbedre deres evne til at opfange og lagre energi."

Holdets ultimative mål er at samle den organiske ækvivalent af typiske halvledende materialer.

"Dette ville åbne døren for udvikling af materialer med anvendelse på fotovoltaiske enheder, solid-state belysning, energihøst, og katalytiske processer, " hun sagde.