Fosforens befugtningsegenskaber kan bane vejen for nye anvendelser inden for biologisk teknik

En teknik til at undersøge vandets befugtningsadfærd på phosphoren - enkeltlagsformen af ​​sort phosphor - er blevet udviklet af A*STAR-forskere, der søger at bedre forstå egenskaber, der kunne muliggøre dets kommercielle anvendelser.

Fosforen, i modsætning til andre almindeligt anvendte 2-D materialer, såsom grafen og molybdændisulfid, har strukturel anisotropi, hvor den udviser forskellige fysiske egenskaber langs akser i forskellige retninger. Denne egenskab kunne gøre det muligt at fremstille phosphoren med justerbar befugtning til brug i de biologiske videnskaber. Men indtil nu, lidt var kendt om dette materiales befugtningsadfærd.

For at realisere potentialet af fosfor, imidlertid, kræver en grundig forståelse af, hvordan det interagerer med biomolekyler og væsker. Dette drev Chen Shuai, og kolleger fra A*STAR Institute of High Performance Computing for at udvikle en teknik til undersøgelse af befugtningskarakteristika for vanddråber på fosfor.

Forskerne undersøgte kontaktvinklen, et mål for den relative styrke af vekselvirkningen mellem phosphoren og vanddråberne, som bestemmer dens befugtningskarakteristika. Mange egenskaber ved phosphoren, såsom elektronisk båndgab og atom-/molekylær adsorption, er lagafhængige, så de overvejede også befugtningsadfærden på flerlagsfosforen.

For at gøre dette brugte de først molekylær dynamik-simuleringer til at observere virkningerne af forskellige dråbestørrelser og antallet af phosphorenlag på kontaktvinklen.

Da phosphoren har stærk strukturel anisotropi, de undersøgte også diffusionsadfærden af ​​vanddråber på phosphoren - både med og uden defekter - for deres effekt på kontaktvinklen.

"Kontaktvinklen for en vanddråbe på phosphoren er vigtig for biologiske anvendelser af phosphoren, "forklarer Chen." Fordi det er en iboende egenskab, vi undersøgte effekten af ​​vanddråbes størrelse, antal phosphorenlag, og defektfordeling på kontaktvinklen af ​​både uberørt og defekt phosphoren."

"Vi fandt ud af, at kontaktvinklen faldt, når antallet af phosphorenlag steg fra et til tre, men konvergerede derefter til en konstant værdi, når antallet af lag var større end tre, " siger Chen. "Resultaterne for defekt phosphoren viser, at kontaktvinklen langs forskellige retninger steg med stigende defektkoncentration."

Arbejdet viser, at phosphorens befugtningsegenskab kan justeres med antallet af lag og defektfordelingen, som er afgørende for at manipulere vandbefugtning og proteinadsorption på phosphorenbaserede enheder til brug i biologiske og nanofluidiske applikationer.

"Baseret på disse resultater fra vores forskning, vi har nu til hensigt at udforske phosphorens interaktion med biomolekyler i et vandmiljø, " siger Chen.