Et superglat materiale, der regenererer sin overfladeladning, når det er oplyst, kan bane vejen for næste generations grænsefladematerialer og mikrofluidik. Det nye materiale er en kombination af en copolymer, bittesmå flydende metalpartikler og smøremiddelfangende mikrostrukturer, og dets udviklere siger, at det kan finde anvendelse i laboratorie-på-en-chip-enheder, biologisk diagnostik og kemisk analyse.
Glatte smøremiddel-infunderede porøse overflader (SLIPS) viser meget lovende for enheder, der er selvrensende, anti-isning og i stand til at modstå "tilsmudsning" af mikroorganismer, der ellers kunne samle sig på strukturer såsom bådskrog eller mikrofluidisk chips. Sådanne smøremidler har dog deres ulemper. For det første fungerer de som en fysisk skærm for materialet under dem, og maskerer derved eventuelle ønskelige egenskaber (såsom overfladeladning), det måtte have. En sådan screening er ikke god til applikationer, hvor dråber og væsker skal manipuleres og transporteres hen over den glatte overflade på en kontrolleret måde.
Robust ladningsregenereringsevne
Forskere ledet af Xuemin Du af Shenzhen Institutes of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences, har nu udviklet et glat materiale, der ikke lider af disse screeningseffekter. Den nye lysinducerede ladede glatte overflade (LICS), som den kaldes, består af tre kernekomponenter: Ga-In flydende metalpartikler i mikrostørrelse til effektivt at omdanne absorberet lys til lokal varme; poly(vinylidenfluorid-co-trifluorethylen) copolymer for dets fremragende ferroelektriske opførsel; og mikrostrukturer belagt med et lag hydrofobiseret SiO2nanopartikler til at fange smøremidlet.
I en række eksperimenter beskrevet i detaljer Science Forskud, holdet brugte lys til at kontrollere bevægelsen af dråber placeret på den nye LICS og flyttede dem med hastigheder så høje som omkring 18.8 mm/s og over afstande så lange som omkring 100 mm. Disse dråber, som kan være enten mikroskopiske eller makroskopiske (deres volumener varierede fra 10-3 til 1.5 x 103 µL) kan også klatre op på flade eller buede overflader takket være ladningen på LCIS - noget der ikke er muligt for nuværende SLIPS.
"LICS kan hurtigt nå så højt som 1280 pico-Coulombs per kvadrat mm på 0.5 s, når de udsættes for lysbelysning," forklarer Du. "Dens robuste ladningsregenereringsevne viser intet synligt henfald, selv efter at være blevet udsat for 10 cyklusser af impuls nær-infrarød bestråling eller endda nedsænket i silikoneolie i seks måneder."
Kvanteeffekter gør magneten overraskende glat
Ifølge holdet kunne LICS bruges til at skabe styrbare dråbebaserede robotter og til at udføre kemiske reaktioner. Det kunne også integreres i en pumpefri mikrofluidisk chip, hvilket muliggør pålidelig biologisk diagnose og analyse i et lukket design.
Forskerne planlægger nu at optimere deres kontrol med dråberne yderligere. "Vi vil også udvide de biokemiske anvendelser af disse intelligente polymerer og LICS mikrofluidchips," fortæller Du Fysik verden.
