Grafen mikrobobler er perfekte linser

Små bobler kan løse store problemer. Mikrobobler - omkring 1-50 mikrometer i diameter - har udbredte anvendelser. De bruges til medicinafgivelse, membranrensning, biofilm kontrol, og vandbehandling. De er blevet anvendt som aktuatorer i lab-on-a-chip enheder til mikrofluidisk blanding, inkjet print, og logiske kredsløb, og i fotonik litografi og optiske resonatorer. Og de har bidraget bemærkelsesværdigt til biomedicinsk billeddannelse og applikationer som DNA-fangst og -manipulation.

I betragtning af den brede vifte af applikationer til mikrobobler, mange metoder til at generere dem er blevet udviklet, inklusive luftstrømskompression for at opløse luft i væske, ultralyd for at fremkalde bobler i vand, og laserimpulser til at eksponere substrater nedsænket i væsker. Imidlertid, disse bobler har tendens til at blive tilfældigt spredt i væske og ret ustabile.

Ifølge Baohua Jia, professor og stiftende direktør for Center for Translational Atomaterials ved Swinburne University of Technology, "For applikationer, der kræver præcis bobleposition og størrelse, samt høj stabilitet – f.eks. i fotoniske applikationer som billeddannelse og indfangning – skabelse af bobler på nøjagtige positioner med kontrollerbar volumen, krumning, og stabilitet er afgørende." Jia forklarer, at til integration i biologiske eller fotoniske platforme, det er yderst ønskeligt at få velkontrollerede og stabile mikrobobler fremstillet ved anvendelse af en teknik, der er kompatibel med nuværende behandlingsteknologier.

Balloner i grafen

Jia og andre forskere fra Swinburne University of Technology gik for nylig sammen med forskere fra National University of Singapore, Rutgers University, University of Melbourne, og Monash University, at udvikle en metode til at generere præcist kontrollerede grafenmikrobobler på en glasoverflade ved hjælp af laserimpulser. Deres rapport er offentliggjort i peer-reviewed, åben adgang journal, Avanceret fotonik .

Gruppen brugte grafenoxidmaterialer, som består af grafenfilm dekoreret med iltfunktionelle grupper. Gasser kan ikke trænge gennem grafenoxidmaterialer, så forskerne brugte laser til lokalt at bestråle grafenoxidfilmen for at generere gasser, der skulle indkapsles inde i filmen for at danne mikrobobler - som balloner. Han Lin, Seniorforsker ved Swinburne University og første forfatter på papiret, forklarer, "På denne måde mikroboblernes positioner kan godt kontrolleres af laseren, og mikroboblerne kan skabes og elimineres efter behag. I mellemtiden, mængden af ​​gasser kan styres af bestrålingsområdet og bestrålingseffekten. Derfor, høj præcision kan opnås."

Sådan en boble af høj kvalitet kan bruges til avancerede optoelektroniske og mikromekaniske enheder med høje præcisionskrav.

Forskerne fandt ud af, at den høje ensartethed af grafenoxidfilmene skaber mikrobobler med en perfekt sfærisk krumning, der kan bruges som konkave reflekterende linser. Som et udstillingsvindue, de brugte de konkave reflekterende linser til at fokusere lyset. Holdet rapporterer, at linsen præsenterer et brændpunkt af høj kvalitet i en meget god form og kan bruges som lyskilde til mikroskopisk billeddannelse.

Lin forklarer, at de reflekterende linser også er i stand til at fokusere lys ved forskellige bølgelængder ved det samme brændpunkt uden kromatisk aberration. Holdet demonstrerer fokuseringen af ​​et ultrabredbånds hvidt lys, dækker synligt til nær-infrarødt område, med samme høje ydeevne, hvilket er særligt nyttigt i kompaktmikroskopi og spektroskopi.

Jia bemærker, at forskningen giver "en vej til at generere stærkt kontrollerede mikrobobler efter behag og integration af grafenmikrobobler som dynamiske og højpræcisions nanofotoniske komponenter til miniaturiserede laboratorie-på-en-chip-enheder, sammen med brede potentielle anvendelser inden for højopløsningsspektroskopi og medicinsk billedbehandling."