3D-mikrokanaler fremmer selvsamling af bestilte emulsioner ved lave dråbekoncentrationer

Selvmontering er den proces, ved hvilken simple byggeklodser interagerer og organiserer sig i ordnede strukturer. Naturen bugner af fascinerende eksempler på selvsamlede strukturer. Inspireret af naturen, forskere har længe søgt at udnytte selvsamling som en "bottom-up" fremstillingsteknik til at konstruere komplekse materialer og enheder. I øjeblikket, selvsamlingen af ​​bestilte emulsioner har fremkaldt stor interesse for dens potentielle anvendelse inden for flere felter såsom materialesyntese og analyse af høj gennemstrømning.

Mikrofluidiske teknikker giver mulighed for at generere og selvmontere stærkt monodisperse dråber til ordnede emulsioner i en enkelt enhed, men selvsamling i mikrofluidstrømme kræver typisk høj dråbetæthed. Et team af forskere ledet af adjunkt Michinao Hashimoto fra Singapore University of Technology and Design (SUTD) har opdaget en elegant måde at opnå selvsamling af lavdensitetsdråber i mikrofluidstrømme ved hjælp af tredimensionelle (3-D) mikrokanaler.

I modsætning til tidligere undersøgelser, der brugte mikrokanaler uden variationer i højden, forskerne på SUTD brugte en mikrokanal med en gradvis stigning i højden. I sådanne 3D-mikrokanaler, dråberne, ubegrænset af de øverste eller nederste vægge og drevet af en tæthedsforskel med den omgivende væske, enten synke til bunden af ​​mikrokanalen eller flyde til toppen af ​​mikrokanalen. De ophobes derefter, syltetøj og samles i ordnede strukturer. Forskergruppen demonstrerede, at selvsamling i 2-D gitter kunne opnås, når dråber kun optog 5% af den samlede mængde væske, der blev injiceret i mikrokanalen; og ved gradvist at øge dråbekoncentrationen ud over det, selvmontering i 3D-gitter kunne opnås. For yderligere at demonstrere potentialet for deres opdagelse brugte forskerne selvsamlede 2-D gitter af dråber som en skabelon til at fremstille millimeter brede hydrogelfibre med anisotropiske porestrukturer.

"Enkelheden og alsidigheden af ​​konceptet-brugen af ​​3-D mikrofluidik til kontrolleret selvsamling af dråber-bør være af interesse for forskere, der udforsker grænsefladen mellem mikrofluidik, selvsamling, og blødt stof "sagde Dr. Pravien Parthiban, en postdoktor ved SUTD og hovedforfatteren involveret i arbejdet. Forskningsresultatet er for nylig blevet offentliggjort i Soft Matter hvor det er blevet fremvist på bagsiden.