

De Fysici bij het Instituut van Georgië van Technologie hebben een nieuwe optische techniek aangetoond om de stroom van zeer kleine volumes van vloeistoffen over stevige oppervlakten te controleren. De techniek, die zich die op veranderingen in oppervlaktespanning baseert door optisch-geproduceerde thermische gradiënten wordt veroorzaakt, kon de stichting voor een nieuwe generatie van dynamisch herprogrammeerbare microfluidic apparaten verstrekken.
Een document die de techniek beschrijven is het dekkingsverhaal voor 1 Augustus kwestie van de Brieven van het dagboek Fysieke Overzicht. Het onderzoek is gesteund door de Nationale Stichting van de Wetenschap en het Bedrijf van het Onderzoek.
De Bestaande microfluidic die apparaten, ook als "laboratorium-op-a-spaander," worden bekend gebruiken uiterst kleine die kanalen of pijpen in silicium of ander substraatmateriaal worden geëtst zeer kleine volumes van vloeistof te manipuleren. Dergelijke "micropipe" apparaten beginnen enkel op de markt te verschijnen.
De innovatie van Technologie van Georgië kon productie van een nieuw type van microfluidic apparaat toestaan zonder kanalen te etsen. In Plaats Daarvan, lasers of de optische systemen zouden de gelijkend op die gebruikt in LCD projectoren complexe patronen van variëren-intensiteitslicht op een vlak substraatmateriaal veroorzaken. De Absorptie van het licht zou het differentiële verwarmen op het substraat veroorzaken, creërend een patroon van thermische gradiënten. Spanning van de Oppervlakte, een vrij sterke kracht bij de schalen van de microngrootte, zou nanoliter dan volumes van vloeistof om van de koelere gebieden aan warmere gebieden door thermocapillary actie veroorzaken te stromen.
"Wij voorzien dat dit veelvoudige druppeltjes of pakketten vloeistof kon bewegen gelijktijdig, toestaand series van dalingen om zich tezelfdertijd bij veelvoudige plaatsen te bewegen," bovengenoemde Michael Schatz, een verwante professor van Technologie van Georgië van fysica. "Wij konden vermijden zettend gedetailleerde architectuur op het substraat. In Plaats Daarvan, zouden wij uit vooruitgang in de miniaturisatie van opto-elektronica voordeel halen om het substraat met de krachten van de oppervlaktespanning te vormen."
Omdat de temperatuurgradiënten door computergestuurde lichte patronen worden gevormd, zouden de wegen voor de druppeltjes snel kunnen worden geruild, toestaand een aanpassing niet mogelijk met bestaande microfluidic apparaten. En omdat de gevolgen van de oppervlaktespanning bij de micronschaal sterk zijn, konden zij stroomtarieven veroorzaken hoger dan op kanaal-gebaseerd microarrays, die grote wrijvingskrachten moeten overwinnen. Tot Slot zou het substraat gemakkelijk tussen gebruik kunnen worden schoongemaakt, vermijdend verontreiniging.
In hun document, melden Schatz en de collega's Roman Grigoriev en Nicholas Garnier hun studies van hoe de thermische gradiënten dunne films van siliconeolie op een oppervlakte van glas beïnvloeden. De bodem van het glas was geschilderde zwarte geweest die licht te absorberen, en een heatsink wordt verstrekt om het oververhitten te verhinderen.
De techniek kon vloeibare oppervlakten ook theoretisch gebruiken, waar de druppeltjes van een onvermengbare vloeistof over een "substraat" vloeistof door de zelfde krachten van de oppervlaktespanning worden bewogen. In een vloeibaar-op-vloeibaar systeem, zou de onderliggende vloeistof zich ook bewegen, toestaand hogere stroomtarieven.
In biologische toepassingen, zijn de vloeistoffen van belang gebaseerd op water, maar Schatz zegt het optische principe op de meeste vloeistoffen kon van toepassing zijn. "Deze techniek kon op vele vloeibare systemen van toepassing zijn omdat het op een intrinsiek bezit dat bijna elke vloeistof  de temperatuurafhankelijkheid van oppervlaktespanning heeft," hij nota nam van voortbouwt.
Hoewel vele technische hindernissen blijven, geloven Schatz en zijn medewerkers hun techniek de basis voor een verkleinde die laboratorium-op-a-spaander zou kunnen zijn voor het genetische of biochemische testen op het gebied wordt gebruikt. Het gemakkelijk reconfigurable systeem zou kunnen weg, en stromen van vloeistof vervoeren samenvoegen mengen verdelen die over een vlakke oppervlakte stromen.
"Als wij apparaten kunnen bouwen die vloeistoffen bij kleine schalen op een reconfigurable manier bewegen, dan in principe kunnen wij allerlei analyses op het gebied bij zeer hoog doen - dichtheid," verklaarde Schatz. "Deze benadering zou in heel wat verschillende voorwaarden kunnen worden toegepast."
Uiteindelijk, kon de miniaturisatie van microfluidic apparaten voor vloeistof doen behandelend wat de moderne halfgeleidertechnologie voor elektronika heeft gedaan, die analyses, chemische studies en andere macroschaalprocessen kleiner, goedkoper en sneller toestaan om te worden. "Krimpen van apparaten die microfluidics gebruiken zou aan ons dagelijks leven zo revolutionair kunnen zijn aangezien de micro-elektronica is geweest," bovengenoemde Schatz.
In Tegenstelling Tot micro-elektronica, echter, de aandrijving om tot microfluidic apparaten kleinere en dichtere gezichten te maken een directe fundamentele grens  de grootte van cellen, de steekproeven van DNA of eiwitmolecules. Als die in vloeibare vorm moeten worden bewogen, kunnen de microarray eigenschappen niet veel kleiner zijn dan een paar microns.
Onder de uitdagingen vooruit voor de bouw van optisch-gedreven microfluidic apparaten controleren verdamping, ontwikkelen interfaces om de uiterst kleine volumes van vloeistof op de oppervlakte te krijgen, en verkiezen de juiste combinatie van substraat en heatsink om de verschillende patronen te verstrekken van de temperatuurgradiënt zonder de vloeistoffen, nota's Grigoriev, een hulpprofessor in de School van Fysica te oververhitten.
"Wij zijn op het punt van het testen van strategieën om de bouwstenen, heel erg zoals de transistors van micro-elektronica te construeren," hij zei. "Zodra die stukken op zijn plaats zijn, zal het ongecompliceerder zijn om hen in een werkend microfluidic apparaat bijeen te brengen."