23/08/2021 - Ein superparamagnetischer Ring ermöglicht die Steuerung der Bewegung von kleinen Wassertropfen

Menéame

Die Handhabung von Tropfen gewinnt an großem Interesse in verschiedenen Bereichen, einschließlich technischer Anwendungen und grundlegender Studien in dynamischen Systemen. Die Gemeinschaft Lab-on-a-Chip und Mikrofluid ist besonders an der präzisen Handhabung kleiner Flüssigkeitsmengen, des Mikrofluids von Tropfen, interessiert.

Eine Untersuchung durch die Mikrofluidcluster der UPV/EHU hat festgestellt, dass sich ein superparamagnetischer Ring spontan um einen Tropfen Wasser bildet, wenn ein ölbasiertes Ferrofluid unter dem Einfluss eines Magnetfeldes mit dem Tropfen in Berührung kommt und je nach der Intensität des zu verwendenden Magnetfeldes variiert.

Der Ring besteht aus einem ölhaltigen Ferrofluid, einer stabilen Suspension ferromagnetischer Partikel in einer öligen Phase. Es erscheint spontan aufgrund der interfacialen Interaktion Öl-Wasser unter dem Einfluss eines Magnetfeldes. "Die Interaktion zwischen Eisenfluid und Wasser ähnelt einem Cupcake, mit dem umgebenden Ring nur an der Basis des Tropfens," erklärt Professor Ikerbasque Lourdes Basabe, Direktorin des Clusters. Der Ring ähnelt einem Ringmagneten aus weicher Materie, "der die Tropfen auf einer Oberfläche stabilisiert und verhindert, dass sie sich vermischen. Und diese Wassertropfen können sich durch die Verschiebung des äußeren Magnetfeldes genau bewegen," fügt er hinzu.

Der Professor an der UPV/EHU Fernando Benito López, Hauptforscher des Clusters, erklärt: "Unter einem Magnetfeld können die Wassertropfen mit dem Ferrofluid verkapselt werden, und sie können entfernt bewegt werden, indem man einen Magneten bewegt, dank der magnetischen Eigenschaften des Ferrofluids. Selbst wenn zwei oder mehr Cupcakes mechanisch zusammengefügt werden, werden die Wassertropfen nicht gemischt, weil ihre Ferrofluidringe zu einer isolierten physischen Barriere zusammenwachsen. Außerdem verschwindet, wenn der Magnet entfernt wird, wenn das Magnetfeld entfernt wird, die Wirkung, das heißt, es ist eine umschaltbare Struktur, und diese Tropfen können durch Ausschalten des Magnetfeldes gemischt werden. Dieses Set könnte auch über einem Substrat oder, wie ein hängender Muffin, am Boden eines Substrats gebildet werden." Es handelt sich um Millimetertropfen, die Volumen auf Mikroliter-Ebene enthalten, und "so öffnen sich mehrere Möglichkeiten für den Umgang mit so kleinen Volumen," fügt er hinzu.

Ein neuer und vorteilhafter Ansatz für die Mikrofluid-Open-Oberflächentropfen

Beide Forscher behaupten, dass dieser Fund "eine robuste, beherrschbare und programmierbare Handhabung der eingesperrten Wassertropfen ermöglicht. Diese Arbeit öffnet die Tür für neue Anwendungen im umgedrehten oder offenen Mikrofluid, schafft die Grundlagen für neue Studien über die Interaktionen zwischen zwei unsichtbaren Flüssigkeiten und kann zu neuen Studien, zu neuem Wissen, von der flüssigen-flüssigen Interaktion führen." Sie zeigen auch, dass die Verwendung dieses Rings für die Handhabung eines Hängetropfens das erste Beispiel für die magnetische Handhabung von Tropfen auf einer umgekehrten Oberfläche ist, was die Tür für neue Anwendungen öffnet.

Es handelt sich um eine Grundlagenforschung, die derzeit zwar noch nicht bekannte Anwendungen haben kann, aber derzeit eine Reihe von Möglichkeiten aufzeigt, wie "die Entwicklung von sensorischen Geräten für Flüssigkeiten, chemische Reaktionen auf der Mikroskala mit einer geringen Anzahl von Reagenzien, Zellanalyse, Nachweis von Substanzen in Aerosolen..."

Jetzt "wir wollen wissen, wie klein diese Tropfen werden können. Wir möchten die Entwicklung neuer Mikrofluid-Technologien, d.h. die Handhabung sehr kleiner Mengen, erforschen oder die durch dieses Projekt erzeugten Systeme entwickeln, um Fluidanalysegeräte auf der Grundlage magnetischer Eigenschaften herzustellen oder zumindest diese Eigenschaften in irgendeiner Weise zu nutzen," behaupten sie.

Die Forscher schätzen die europäische Finanzierung durch das europäische MAM-Projekt, "ein internationales Netzwerk für die Ausbildung von Doktoranden, bestehend aus einem Konsortium aus Forschungsgruppen und multidisziplinären Unternehmen aus sechs Ländern, um neue Technologien für den Einsatz von Magnetmaterialien zu entwickeln, die es uns ermöglicht haben, Menschen einzustellen, die mit einer sehr großen Motivation kommen." Außerdem begrüßen sie, dass dieser große Fund "in einer jungen Forschungsgruppe erzielt wurde, was zeigt, dass in der UPV/EHU eine erstklassige Forschung durchgeführt werden kann."

Bibliographische Referenz

Vahid Nasirimarekani, Fernando Benito Lopez, Lourdes Basabe Desmonts Tunable Superparamagnetic Ring (tSPRING) for Droplet Manipulation Advanced Functional Materials DOI: 10.1002/adfm.202100178

Universität des Baskenlandes

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