Nieuwe studie presenteert door verdamping aangedreven transportcontrole van kleine moleculen langs nanospleten

Microfluïdische chips zijn veelbelovend voor ongeëvenaarde toepassingen bij de detectie van pathogenen en de diagnose van kanker. Dergelijke apparaten hebben vaak dunne films op nanoschaal nodig voor het filteren van vloeistofmonsters, evenals elektrische apparaten of chemische stimuli die de stroomrichting regelen. Er zijn echter nog veel uitdagingen met de meeste voorgaande mechanismen, waaronder gecompliceerde fabricageprocessen, beperkingen van materialen en ongewenste schade aan monsters.

Een onderzoeksteam, geleid door professor Taesung Kim van de afdeling Werktuigbouwkunde van UNIST, presenteerde de door verdamping aangedreven transportcontrole van kleine moleculen in gasdoorlatende nanosplits met lage aspectverhouding, waarbij zowel de diffuse als de advectieve massatransport van opgeloste stoffen worden beïnvloed door verdamping van het oplosmiddel door de nanogestuurde wanden.

In tegenstelling tot de bestaande methode, heeft de nieuwe techniek veel aandacht getrokken als een multifunctionele kerntechnologie die de actieve en veelzijdige controle van kleine moleculen mogelijk maakt, zoals kleppen, concentreren, pompen en filteren op een chip, zonder monsters te beschadigen.

In deze studie karakteriseerde het onderzoeksteam experimenteel het effect van verdampingsflux op het massatransport van kleine moleculen in verschillende nanoslit-geïntegreerde micro / nanofluïdische apparaten. Hun bevindingen toonden aan dat het transport van kleine moleculen langs de nanoslit grotendeels werd bepaald door de verdampingsflux en de lengte van nanoslit. Ze voerden ook numerieke simulaties uit om de experimentele resultaten theoretisch te ondersteunen met het advectie- en diffusiemodel, waardoor de beschrijving van het transport met de niet-dimensionale diffusiecoëfficiënt en verdampingsflux mogelijk werd.

Ze toonden verder aan dat door verdamping aangedreven transportcontrole in op nanoslit gebaseerde micro / nanofluïdische apparaten kan worden gebruikt als een molecuulklep, concentrator, pomp en filter, wat opmerkelijk potentieel laat zien voor een verscheidenheid aan toepassingen in micro / nanovloeistoffen.

Onderzoekers gebruikten ook hun eerdere door kraken ondersteunde fotolithografie om een ​​globaal, door verdamping gecontroleerd, micro / nanofluïdisch apparaat (GECMN) te fabriceren dat is geïntegreerd met een gasdoorlatende, PDMS-gebaseerde nanoslit, die diffuus massatransport mogelijk maakte maar de drukgestuurde stroming via hoge hydraulische weerstand.

Hun bevindingen zijn gepubliceerd in de online versie van Nature Communications op 26 februari 2021. Deze studie werd ondersteund door een subsidie ​​van de National Research Foundation of Korea (NRF), gefinancierd door het Koreaanse ministerie van Wetenschap en ICT (MSIT).