Gocce di liquido rosso e blu si muovono lungo la superficie superiore e inferiore della piattaforma vibrante UW a velocità fino a 1 pollice al secondo. Questa immagine combinata mostra le gocce mentre si spostano verso il centro e si uniscono. Credito:Karl Bohringer, UW
Mentre i ricercatori e gli ingegneri medici cercano di ridurre la diagnostica per adattarla alla tasca di una persona, una domanda è come spostare e mescolare facilmente piccoli campioni di liquido.
I ricercatori dell'Università di Washington hanno costruito e brevettato una superficie che, quando scosso, sposta le gocce lungo determinati percorsi per condurre test medici o ambientali.
"Questo ci permette di spostare le gocce quanto vogliamo, e in qualsiasi tipo di layout che desideriamo, " ha detto Karl Böhringer, un professore UW di ingegneria elettrica e bioingegneria. Il sistema a basso costo, pubblicato in un recente numero della rivista Materiale avanzato , richiederebbe pochissima energia ed evita possibili contaminazioni diluendo o elettrizzando i campioni per spostarli.
La tecnologia semplice è una superficie strutturata che tende a spingere le gocce lungo un determinato percorso. È ispirato all'effetto loto, un fenomeno in cui la trama quasi frattale di una foglia di loto fa sembrare che respinga le gocce d'acqua.
Questo è un primo piano della superficie UW che mostra i bordi dell'arco e i pilastri adiacenti. Credito:Karl Bohringer, UW
"La foglia di loto ha una superficie molto ruvida, in cui ogni grande protuberanza ha una protuberanza più piccola su di essa, " Böhringer ha detto. "Non possiamo rendere la nostra superficie esattamente uguale a una foglia di loto, ma quello che abbiamo fatto è estrarre l'essenza del perché funziona."
Il team dell'UW ha utilizzato tecniche di produzione delle nanotecnologie per costruire una superficie con minuscoli pali di altezza e spaziatura variabili. Quando una goccia si posa su questa superficie, fa così poco contatto con la superficie che è quasi perfettamente rotonda. Ciò significa che anche un piccolo movimento può spostarlo.
I ricercatori hanno utilizzato un altoparlante o una macchina audio per far vibrare la piattaforma da 50 a 80 volte al secondo. La superficie asimmetrica muove le singole gocce lungo percorsi predeterminati per miscelare, modificare o misurare il loro contenuto. La modifica della frequenza di vibrazione può alterare la velocità di una goccia, o può mirare a una goccia di una certa dimensione o peso.
"Tutto ciò di cui hai bisogno è una vibrazione, e realizzare queste superfici è molto semplice. Puoi farlo da un pezzo di plastica, "Böhringer ha detto. "Potrei immaginarlo come un dispositivo che costa meno di un dollaro, forse molto meno, e viene utilizzato con campioni di saliva, sangue o acqua".
Nella prova, diverse versioni del sistema UW potrebbero spostare le gocce in salita, discesa, in cerchi, sottosopra, oppure unire due gocce e poi spostare il campione combinato.
Una goccia di liquido si trova sulla superficie in silicone strutturato che ha pioli ad arco per guidare la goccia, e una griglia di pilastri per mantenere la goccia nel canale. Credito:Karl Bohringer, UW
Il tipo di impianto è noto come "laboratorio in goccia":tutti gli ingredienti sono all'interno della goccia, e la tensione superficiale funge da contenitore per tenere tutto insieme.
Uno studente ha provato a usare l'altoparlante di uno smartphone per far vibrare la piattaforma, ma finora un telefono non fornisce energia sufficiente per spostare le gocce. Per accogliere meglio le onde audio a bassa energia, il gruppo utilizzerà la macchina per litografia a fascio di elettroni dell'UW per costruire una superficie con pali fino a 100 volte più piccoli.
"Ci sono buone prove, da quello che abbiamo fatto finora, che se rendiamo tutto più piccolo avremo bisogno di meno energia per ottenere lo stesso effetto, " Böhringer ha detto. " Immaginiamo un dispositivo che si collega al telefono, è alimentato dalla batteria del telefono, un'app genera il giusto tipo di vibrazioni audio, e tu esegui il tuo esperimento."