Afb. 1. (a) Het concept van het opnieuw vullen van vloeibaar marmer. (b) Schema van experimentele opstelling. (c) Explosietekening van de reactiekamer. Krediet: DOI: 10.1063/5.0074887
Onderzoekers van de Griffith University hebben een probleem opgelost waarmee microreactoren ter grootte van druppeltjes worden geplaagd en die de levensvatbaarheid van toepassingen zoals medicijnafgifte en afvalbeheer zouden kunnen verbeteren. Gepubliceerd in Technische Natuurkunde Brievende techniek die het team heeft ontwikkeld, maakt gebruik van condensatie om de vloeibare knikkers die eerder door verdamping instortten, niet-invasief te vullen.
“Vloeibare knikkers zijn druppeltjes oplossing die we in een dunne laag microdeeltjes wikkelen die kunnen worden gebruikt voor een aantal biologische, chemische en biochemische toepassingen”, zegt co-auteur professor Nam-Trung Nguyen van het Queensland Micro and Nanotechnology Centre.
“Vloeibare knikkers worden gebruikt als microreactoren voor verschillende chemische, biochemische en biologische doeleinden, zoals het kweken van cellen en toepassingen zoals de gewone PCR, een DNA-amplificatietechniek die wordt gebruikt om COVID-19 te detecteren.
“Het gebruik van vloeibare knikkers voor deze doeleinden vermindert de benodigde hoeveelheid reactanten en plastic verbruiksartikelen aanzienlijk.”
Om de knikkers te maken, wordt een druppel van de reactieoplossing over een poederbed van hydrofobe (waterbestendige) deeltjes of oleofobe (oliebestendige) deeltjes gerold, zodat ze een barrière rond de druppel vormen die de inhoud isoleert van de omgeving.
Eenmaal gevormd, hebben vloeibare knikkers echter te maken met een groot probleem: verdamping.
“De deeltjeslaag die zich rond de druppel vormt, kan vloeistof bevatten die in volume varieert van enkele nanoliters tot enkele microliters”, zegt hoofdauteur Dr. Kamalalayam Rajan Sreejith van het Queensland Micro and Nanotechnology Centre.
“De poedercoating rond de druppel is poreus, waardoor vloeistof langzaam door kan verdampen. Hierdoor kan vloeistof verdwijnen, vooral als de buitentemperatuur hoger is of constant wisselt tussen hoge en lage temperaturen, zoals dat gebeurt bij PCR-reacties.
“Dit proces zorgt ervoor dat het vloeibare marmer zijn volume verliest en uiteindelijk knikt en instort.”
Eerdere oplossingen voor dit probleem waren het invasief bijvullen van de verloren vloeistof met behulp van spuitpompen en vereisten zeer moeilijke technieken zoals stroommeting en nauwkeurige stroomregeling.
“Om deze problemen te voorkomen, hebben we een eenvoudige en niet-invasieve methode ontwikkeld voor het bijvullen van vloeibare knikkers,” zei professor Nguyen.
“Het proces dat we hebben ontwikkeld, is gebaseerd op condensatie, vergelijkbaar met de manier waarop dauw zich vormt op de zijkant van je colablikje. Als de luchtvochtigheid en temperatuur goed zijn, condenseert water in de lucht op het blik om waterdruppels te vormen.
“We bootsen dit proces na om het vloeibare marmer opnieuw te vullen door de externe toestand rond het marmer te ontwerpen om water in de lucht buiten aan te moedigen op het marmer te condenseren, net als de cokesbus en vervolgens wordt verzameld in de poreuze coating, waardoor het vloeibare marmer kan vullen en knikken of bezwijken voorkomen.”
Dit huidige hervulproces werd gedemonstreerd in een speciaal ontworpen omgeving, maar de onderzoekers hopen het te optimaliseren voor praktisch gebruik in verschillende microfluïdische toepassingen.
Kamalalayam Rajan Sreejith et al, Niet-invasief bijvullen van vloeibare knikkers met water voor microfluïdische toepassingen, Technische Natuurkunde Brieven (2022). DOI: 10.1063/5.0074887
Technische Natuurkunde Brieven
Geleverd door Griffith University
