Questa immagine mostra la trappola microfluidica 2-D. (a) Questa è una micrografia ottica di un dispositivo di manipolazione microfluidica. Le singole particelle sono confinate in una posizione predeterminata all'interno della giunzione di due microcanali perpendicolari (regione di intrappolamento). Due valvole a membrana on-chip (nere) posizionate sopra un canale di ingresso e un canale di uscita sono utilizzate come valvole di dosaggio per controllare le relative portate attraverso i canali contrapposti (rosso), manipolando e intrappolando così le particelle alla giunzione del microcanale. (b) Questo è uno schema dell'intrappolamento di particelle 2-D. Due flussi laminari opposti si incontrano all'intersezione di due microcanali perpendicolari, creando un campo di flusso ben definito contenente un punto di stagnazione in cui un oggetto è intrappolato. (c) Il dispositivo di manipolazione microfluidica è costituito da un vetrino coprioggetto e una lastra PDMS contenente i microcanali e le valvole. Credito:ristampato con il permesso 2013 American Chemical Society. Charles M. Schroeder, Università dell'Illinois
(Phys.org) — I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno sviluppato un nuovo metodo basato sul flusso per manipolare e confinare singole particelle in soluzione libera, un processo che aiuterà ad affrontare le sfide attuali affrontate da nanoscienziati e ingegneri.
"Questo metodo è uno strumento unico nel suo genere per la manipolazione e l'intrappolamento di piccole nanoparticelle in soluzione, " ha spiegato Charles M. Schroeder, un assistente professore presso il Dipartimento di ingegneria chimica e biomolecolare dell'Illinois. "Utilizzare il flusso di fluido in un dispositivo microfluidico significa che elettrico, magnetico, ottico, o campi di forza acustica non sono necessari."
Il nuovo metodo e la ricerca per svilupparlo sono stati pubblicati nel numero di maggio 2013 di Nano lettere , in un documento intitolato "Manipolazione e confinamento di singole particelle mediante flusso di fluidi, " scritto da Schroeder e dal ricercatore post-dottorato Melikhan Tanyeri.
Oggi, la manipolazione su scala fine di piccole particelle rimane una sfida importante nel campo. I metodi attuali per l'intrappolamento delle particelle si basano principalmente sull'elettrocinetica, magnetico, o campi di forza ottici, che potrebbero non essere compatibili con biomolecole o sistemi biologici.
Insieme, Schroeder e Tanyeri hanno sviluppato una "trappola microfluidica" in grado di manipolare particelle 2-D utilizzando la sola azione del flusso di fluido.
Schroeder e i ricercatori dimostrano diverse caratteristiche uniche della trappola microfluidica, compresa la manipolazione 2-D di particelle di dimensioni fino a 500 nanometri in acqua, con una precisione di posizionamento di soli 180 nanometri circa, intrappolamento di particelle fino a 100 nanometri, e controllo attivo sulle condizioni di soluzione di una particella intrappolata. Tutto questo si ottiene con un semplice dispositivo microfluidico basato su PDMS senza la necessità di strumentazione complessa per l'intrappolamento ottico o la generazione di campi elettrici.
Questa immagine mostra la micromanipolazione 2-D di singole particelle utilizzando il flusso di fluido. (a) Questa è una traiettoria del campione di una singola particella manipolata in due dimensioni usando la trappola. Una traiettoria predeterminata è stata programmata per scrivere la lettera "C". (b) Questo mostra il controllo dinamico del mezzo circostante di una particella intrappolata. Una singola perlina di polistirene rivestita di fluoresceina è intrappolata, e il mezzo circostante viene periodicamente scambiato in modo preprogrammato tra soluzioni tampone a pH elevato e soluzioni tampone a pH basso. L'intensità dell'emissione di fluorescenza dal colorante sensibile al pH varia al variare del mezzo circostante, dimostrando l'efficacia dello scambio tampone nella trappola. Credito:adattato con permesso 2013 American Chemical Society. Charles M. Schroeder, Università dell'Illinois
"La trappola microfluidica fornisce un metodo fondamentalmente nuovo per l'intrappolamento e l'analisi di singole particelle o singole molecole, integrando le tecniche esistenti, " Schroeder ha detto. "La nostra nuova tecnologia troverà un uso pervasivo in campi interdisciplinari come la nanoscienza, scienza dei materiali, fluidi complessi, materiali morbidi, microbiologia, e biologia molecolare".
Schroeder e Tanyeri hanno detto che ora hanno la capacità di intrappolare una gamma di dimensioni delle particelle.
"A differenza dei metodi esistenti come le trappole ottiche o magnetiche convenzionali, la trappola microfluidica consentirà l'intrappolamento di minuscole nanoparticelle, meno di 30 nanometri in soluzione libera, " ha detto Taneri.
Con il preciso controllo posizionale delle singole nanoparticelle in soluzione libera, gli scienziati potranno esplorare nuove tecnologie, dall'ingegneria molecolare all'assemblaggio bottom-up di nanostrutture.
"L'assemblaggio fluido-diretto può migliorare ulteriormente le litografie esistenti, autoassemblaggio, e approcci di modellazione della superficie per la fabbricazione di materiali e dispositivi funzionali su scala nanometrica, " ha detto Tanyeri. "Questo è un progresso tecnologico chiave che aiuterà ad affrontare i problemi della nanoscienza e dell'ingegneria che sono inaccessibili ai metodi attuali, come l'assemblaggio diretto e la modellazione di materiali morbidi."
