Światło przywraca ładunek śliskim powierzchniom

Superśliski materiał, który po oświetleniu regeneruje swój ładunek powierzchniowy, może utorować drogę dla materiałów międzyfazowych nowej generacji i mikroprzepływów. Nowy materiał to połączenie kopolimeru, maleńkich cząstek ciekłego metalu i mikrostruktur zatrzymujących smar, a jego twórcy twierdzą, że może znaleźć zastosowanie w urządzeniach typu „lab-on-a-chip”, diagnostyce biologicznej i analizie chemicznej.

Śliskie powierzchnie porowate zawierające smar (SLIPS) są obiecujące dla urządzeń, które są samoczyszczące, zapobiegają oblodzeniu i są w stanie oprzeć się „zanieczyszczaniu” przez mikroorganizmy, które w przeciwnym razie mogłyby gromadzić się na takich konstrukcjach, jak kadłuby łodzi lub mikroprzepływowe chipy. Takie smary mają jednak swoje wady. Po pierwsze, działają jak fizyczny ekran dla materiału znajdującego się pod nimi, maskując w ten sposób wszelkie pożądane właściwości (takie jak ładunek powierzchniowy), jaki może mieć. Takie przesiewanie nie nadaje się do zastosowań, w których krople i ciecze muszą być manipulowane i transportowane po śliskiej powierzchni w sposób kontrolowany.

Solidna zdolność regeneracji ładunku

Naukowcy prowadzeni przez Xuemin Du ukończenia Instytuty Zaawansowanej Technologii w ShenzhenChińska Akademia Nauk opracowała teraz śliski materiał, który nie podlega tym efektom przesiewania. Nowa indukowana światłem, naładowana śliska powierzchnia (LICS), jak się ją nazywa, składa się z trzech podstawowych elementów: mikrocząsteczek ciekłego metalu Ga-In do wydajnego przekształcania pochłoniętego światła w lokalne ciepło; fluorek winylidenu-cokopolimer -trifluoroetylen) ze względu na jego doskonałe właściwości ferroelektryczne; oraz mikrostruktury pokryte warstwą hydrofobizowanego SiO₂nanocząsteczki do wychwytywania smaru.

W serii eksperymentów opisanych szczegółowo w Postępy nauki, zespół wykorzystał światło do kontrolowania ruchu kropel umieszczonych na nowym LICS, przemieszczając je z prędkością około 18.8 mm/s i na odległość dochodzącą do około 100 mm. Te kropelki, które mogą być mikroskopijne lub makroskopowe (ich objętość wahała się od 10^-3 do 1.5 x 10³ µL) może również wspinać się po płaskich lub zakrzywionych powierzchniach dzięki ładowaniu na LCIS – coś, co nie jest możliwe w przypadku obecnych SLIPS.

„LICS może szybko osiągnąć nawet 1280 piko-kulombów na mm0.5 w 10 s pod wpływem światła”, wyjaśnia Du. „Jego solidna zdolność do regeneracji ładunku nie wykazuje widocznego rozpadu, nawet po wystawieniu na 000 XNUMX cykli impulsowego napromieniowania w bliskiej podczerwieni, a nawet zanurzenia w oleju silikonowym przez sześć miesięcy”.

Zdaniem zespołu LICS można by wykorzystać do tworzenia sterowalnych robotów opartych na kroplach oraz do przeprowadzania reakcji chemicznych. Można go również zintegrować z chipem mikroprzepływowym bez pompy, umożliwiając niezawodną diagnostykę biologiczną i analizę w zamkniętej konstrukcji.

Naukowcy planują teraz dalszą optymalizację kontroli kropel. „Będziemy również rozszerzać biochemiczne zastosowania tych inteligentnych polimerów i mikroprzepływowych chipów LICS”, mówi Du. Świat Fizyki.