Onderzoek toont aan dat nauwkeurige controle van colloïden door middel van magnetisme mogelijk is

Bayreuth-onderzoekers hebben manieren gevonden om kleine deeltjes in vloeistoffen te controleren met behulp van magnetische patronen. De onderzoeksresultaten zijn inmiddels gepubliceerd in Natuurcommunicatie onder de titel “Gelijktijdige en onafhankelijke topologische controle van identieke microdeeltjes in niet-periodieke energielandschappen.”

Over het geheel genomen kan het gelijktijdige en onafhankelijke transport van colloïdale deeltjes over magnetische patronen van groot nut zijn op verschillende gebieden van wetenschap en technologie om op maat gemaakte materialen te produceren, biomedische toepassingen te verbeteren, laboratoriumtests uit te voeren of fundamentele wetenschappelijke vragen te onderzoeken.

In dit theoretische en experimentele werk onderzochten Nico CX Stuhlmüller en Prof Dr. Daniel de las Heras (theorie) samen met Farzaneh Farrokhzad en Prof Dr. Thomas Fischer (experimenten) het gelijktijdige en onafhankelijke transport van identieke colloïdale deeltjes (nano- tot micrometer- grote deeltjes gesuspendeerd in een vloeistof) over magnetische patronen.

Externe velden, zoals elektrische en magnetische velden, worden vaak gebruikt om een ​​verzameling colloïdale deeltjes te transporteren. Identieke deeltjes worden vervolgens onder invloed van het veld in dezelfde richting getransporteerd. De wetenschappers laten hier zien dat het met behulp van niet-periodieke energielandschappen mogelijk is om het transport van een verzameling identieke colloïdale deeltjes tegelijkertijd en onafhankelijk nauwkeurig te controleren.

Magnetische microdeeltjes worden boven een magnetisch patroon geplaatst. Het patroon is gemaakt met omhoog en omlaag gemagnetiseerde gebieden die verschillend zijn gerangschikt, afhankelijk van de positie over het patroon. Het transport wordt vervolgens aangedreven door modulatielussen van de oriëntatie van een extern magnetisch veld. Er ontstaat een complex tijdsafhankelijk en niet-periodiek energielandschap als gevolg van de koppeling tussen het externe magnetische veld en het veld dat door het patroon wordt gecreëerd.

Willekeurig complexe en op maat gemaakte trajecten van verschillende identieke colloïdale deeltjes kunnen gelijktijdig worden gecodeerd in het patroon of de modulatielussen. Ter illustratie laten de wetenschappers zien hoe identieke colloïdale deeltjes onder invloed van dezelfde modulatielus de eerste 18 letters van het alfabet kunnen schrijven.

Naast het fundamentele belang opent dit werk nieuwe wegen naar herconfigureerbare zelfassemblage in de colloïdale wetenschap en heeft het potentiële toepassingen in multifunctionele lab-op-een-chip-apparaten. Een nauwkeurige en gelijktijdige gerichte controle van colloïdale deeltjes met behulp van magnetische velden kan bijvoorbeeld worden gebruikt om microfluïdische systemen te ontwikkelen die deeltjes transporteren voor laboratoriumtests en medische diagnoses.