Ny undersøgelse præsenterer fordampningsdrevet transportkontrol af små molekyler langs nanospalter

Mikrofluidchips lover godt for uovertrufne anvendelser inden for patogendetektion og cancerdiagnose. Sådanne enheder kræver ofte tynde film i nanoskala til filtrering af væskeprøver, samt kraftenheder eller kemiske stimuli, der styrer dens strømningsretning. Imidlertid, der er stadig mange udfordringer med de fleste præcedensmekanismer, herunder komplicerede fremstillingsprocesser, begrænsninger af materialer, og uønsket skade på prøver.

Et forskerhold, ledet af professor Taesung Kim ved Institut for Mekanisk Teknik ved UNIST præsenterede den fordampningsdrevne transportkontrol af små molekyler i gaspermeable og lav-aspekt-forhold nanospalter, hvor både den diffusive og advektive massetransport af opløste stoffer påvirkes af opløsningsmiddelfordampning gennem de nanospaltede vægge.

I modsætning til den eksisterende metode, den nye teknik har tiltrukket sig betydelig opmærksomhed som en multifunktionel kerneteknologi, der muliggør aktiv og alsidig kontrol af små molekyler, såsom ventiler, koncentrere sig, pumpning, og filtreringsevner på en chip, uden at beskadige prøver.

I dette studie, forskerholdet karakteriserede eksperimentelt effekten af ​​fordampningsflux på massetransporten af ​​små molekyler i forskellige nanoslit-integrerede mikro/nanofluidiske enheder. Deres resultater viste, at transporten af ​​små molekyler langs nanospalten i vid udstrækning var styret af fordampningsfluxen og nanospaltens længde. De udførte også numeriske simuleringer for teoretisk at understøtte de eksperimentelle resultater med advektions- og diffusionsmodellen, derved muliggøre beskrivelsen af ​​transporten med den ikke-dimensionaliserede diffusionskoefficient og fordampningsflux.

De demonstrerede endvidere, at fordampningsdrevet transportkontrol i nanoslit-baserede mikro/nanofluid-enheder kan bruges som en molekyle-ventil, koncentrator, pumpe, og filter, viser bemærkelsesværdigt potentiale for en række anvendelser i mikro/nanovæsker.

Forskere brugte også deres tidligere krakningsassisterede fotolitografi til at fremstille en global, fordampningskontrolleret, mikro/nanofluid-enhed (GECMN) integreret med en gasgennemtrængelig, PDMS-baseret nanoslit, som tillod diffusiv massetransport, men undertrykte trykdrevet strømning via høj hydraulisk modstand.

Deres resultater er blevet offentliggjort i onlineversionen af Naturkommunikation den 26. februar, 2021. Denne undersøgelse er blevet støttet af en bevilling fra National Research Foundation of Korea (NRF), finansieret af det koreanske ministerium for videnskab og ikt (MSIT).