13:35 2022-01-18
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Nanobulele oferă calea pentru a construi dispozitive medicale mai bune
_ Nanobubbles oferă cale pentru a construi mai bine dispozitive medicale
Cercetătorii de la Universitatea din Sydney Nano Institute și School of Chemistry au dezvăluit că pe suprafețe se formează bule de gaz minuscule – nanobule de doar 100 de miliarde de metru înălțime – în situații neașteptate, oferind o nouă modalitate de a reduce tragerea în dispozitive la scară mică.
Reducerea lichidului în microdispozitive poate duce la murdăria internă (acumularea de materiale biologice nedorite) sau poate deteriora probele biologice, cum ar fi celulele, din cauza presiunii ridicate. Așadar, descoperirea ar putea deschide calea către dezvoltarea unor instrumente de diagnostic medical mai bune, cum ar fi dispozitive de laborator pe cip care efectuează analize ADN sau sunt utilizate pentru detectarea biomedicală a agenților patogeni ai bolii.
Echipa. , condus de profesorul Chiara Neto, a dezvoltat acoperiri încrețite prin nanoinginerie care reduc rezistența la rezistență cu până la 38% în comparație cu suprafețele solide nominal „netede”. Învelișurile alunecoase, odată perfuzate cu un lubrifiant, sunt, de asemenea, foarte rezistente la biofouling.
Folosind microscopia cu forță atomică – un microscop de scanare de foarte înaltă rezoluție – echipa a descoperit că fluidele care trec prin canale microstructurate cu aceste suprafețe au reușit să alunece cu frecare mai mică datorită formării spontane a nanobulelor, un fenomen nemaiîntâlnit până acum.
Rezultatele sunt publicate săptămâna aceasta în Nature Communications.
Potențial aplicație medicală
Multe instrumente de diagnostic medical se bazează pe analiza la scară mică a unor cantități mici de materiale biologice și alte materiale sub formă lichidă. Aceste „dispozitive microfluidice” folosesc microcanale și microreactoare în care reacțiile efectuate de obicei la scară largă într-un laborator de chimie sau patologie sunt conduse la o scară miniaturizată.
Analiza unor volume mult mai mici de material permite diagnosticări mai rapide și mai eficiente. . Cu toate acestea, problema cu dispozitivele microfluidice este că fluxul de fluid este încetinit dramatic de frecarea lichidului cu pereții solizi ai canalelor, creând o rezistență hidrodinamică mare. Pentru a depăși acest lucru, dispozitivele aplică presiuni mari pentru a conduce fluxul.
La rândul său, presiunea ridicată din interiorul acestor dispozitive nu este doar ineficientă, dar poate și deteriora mostrele delicate din dispozitiv, cum ar fi celulele și alte elemente moi. materiale. În plus, pereții solizi se murdăresc cu ușurință de molecule biologice sau bacterii, ceea ce duce la o degradare rapidă prin biofouling.
O soluție la ambele probleme este utilizarea suprafețelor în care porii la scară nanometrică captează cantități mici de lubrifiant, formând o interfață lichidă alunecoasă, care reduce rezistența hidrodinamică și previne biofouling-ul la suprafață.
De fapt, suprafețele infuzate cu lichid înlocuiesc peretele solid cu un perete lichid, permițând curgerea unui al doilea lichid cu frecare mai mică, necesitând o mai mică frecare. presiune. Cu toate acestea, mecanismul prin care funcționează aceste suprafețe infuzate cu lichid nu a fost înțeles, deoarece s-a raportat că reducerea frecării pe care o oferă aceste suprafețe este de 50 de ori mai mare decât ar fi de așteptat pe baza teoriei.
Nanobule. la salvare?
Profesorul Neto și echipa ei au descris modul în care au format pereții infuzați cu lichid pe dispozitivele lor microfluidice, prin dezvoltarea unor acoperiri șifonate nanoinginerești care reduc rezistența la rezistență cu până la 38% în comparație cu pereții solizi. Echipa include: Ph.D. studentul Chris Vega-Sánchez, a cărui activitate în ultimii trei ani s-a concentrat pe microfluidică; Dr. Sam Peppou-Chapman, expert în suprafețe infuzate cu lichid; și Dr. Liwen Zhu, un expert în microscopie cu forță atomică, care oferă oamenilor de știință capacitatea de a vedea până la o miliardime de metru.
Efectuând măsurători microfluidice, echipa a dezvăluit că noile suprafețe alunecoase au redus rezistența față de suprafețele solide într-un grad care ar fi de așteptat doar dacă suprafața ar fi infuzată cu aer și nu cu un lubrifiant vâscos. Nemulțumită de reducerea reușită a rezistenței la rezistență, echipa a lucrat pentru a demonstra mecanismul prin care suprafețele au indus alunecarea.
Au făcut acest lucru prin scanarea suprafețelor sub apă folosind microscopia cu forță atomică, permițându-le să imagineze formarea spontană. de nanobule, cu doar 100 de nanometri înălțime la suprafață. Prezența lor explică cantitativ alunecarea uriașă observată în fluxul microfluidic.
O parte din munca de microscopie a fost realizată folosind facilitățile Centrului Australian pentru Microscopie și Microanaliza de la Universitatea din Sydney.
Profesorul Neto a spus: „Vrem să înțelegem mecanismul fundamental prin care funcționează aceste suprafețe și să depășim limitele aplicării lor, în special în ceea ce privește eficiența energetică. Acum că știm de ce aceste suprafețe sunt alunecoase și reduc rezistența, le putem proiecta în mod specific. pentru a minimiza energia necesară pentru a conduce fluxul în geometrii restrânse și pentru a reduce murdărirea.”
Comentarii:
Adauga Comentariu