In einem einzigen niesen oder Husten, so viele wie 40.000 winzigen Tröpfchen zwangsweise angetrieben von unseren Mund und die Nase in die Luft. Während wir keine Kontrolle über unsere niesen, Forscher von der City University of Hong Kong (CityU) haben vor kurzem entwickelt eine originelle Methode zum sammeln von Mikro-Tröpfchen, wie Sie diese kostbare menschliche tautropfen, die möglicherweise Aufschluss über die Anwendungen bei der Erkennung von Krankheit-verursachenden Bakterien und verhindert die Ausbreitung von Krankheiten.
Die Forschungsarbeit unter der Leitung von Dr. Yao Xi, Assistant Professor an der Abteilung von Biomedizinischen Wissenschaften an der CityU wurde vor kurzem veröffentlicht in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences der Vereinigten Staaten von Amerika (PNAS), mit dem Titel „Directional Pumpen von Wasser und öl microdroplets auf rutschigem Untergrund.“
Bewegt sich Wasser und öl-basierten Mikro-Tröpfchen ohne externe Kraft in einer kontrollierten Art und Weise kann sehr nützlich sein, Wasser Ernte und biomedizinische Analyse. Aber es ist nicht so einfach, wie zu sehen, ein einsamer Tropfen Regen rutscht das Fenster ein. „Tropfen im Mikrometer-Skala (einem Millionstel Millimeter) haben sehr unterschiedliche Eigenschaften als Ihre größeren Pendants wie teardrops. Ihre kleine Größe und geringes Gewicht bedeutet, dass der normale Zug der Schwerkraft ist unbedeutend, Sie zu bewegen,“ Dr. Yao erklärt, wer ist der Korrespondenz-Autor des Papiers.
Gab es andere Bemühungen zum sammeln von Mikro-Tröpfchen. Allerdings tun Sie es in einer kontrollierten Art und Weise, oder verschieben Sie eine einzelne Tröpfchen in einer bestimmten Richtung, blieb eine Herausforderung für die Wissenschaft.
Eine Kraft aktivieren Insekten laufen auf der Wasseroberfläche
Aber das team die innovative Strategie zum transport von Mikro-Tröpfchen wurde inspiriert durch die „Kapillarwirkung“ in der Natur beobachtet. In der Natur wird die Kapillare Kraft ist wichtig, der transport von Wasser und Nährstoffen in Pflanzen. Einige Wasser-walking Insekten nutzen auch die Kapillare Kraft zu bewegen, sich selbst aus der Spitze von der Oberfläche des Wassers und der Ufer.
Kapillarwirkung bezeichnet die Bewegung einer Flüssigkeit in einem engen Rohr, aufgrund der Oberflächenspannung der Flüssigkeit und die adhäsionskräfte zwischen der Flüssigkeit Moleküle und Rohr. Zum Beispiel, wenn wir beobachten, wie ein Rohr Wasser mit einer Lupe, würden wir sehen, ein „Meniskus“ – eine Kurve in die Obere Oberfläche des Wassers in der Nähe der Oberfläche der Röhre durch die Kapillare Kraft. Darüber hinaus die Kapillarwirkung handeln kann, die auf einen Meniskus zu heben, die Flüssigkeit die Röhre ohne Hilfe, und im Gegensatz zu, äußere Kräfte wie die Schwerkraft.
Innen-Labor, Dr. Yao-team nutzte die Kapillare Kraft gerichtet-transport-Mikro-Tröpfchen auf einer rutschigen Oberfläche. Durch einfaches drucken mini-hydrogel dots Prägung auf der Oberfläche und dann Infusion Sie eine dünne Schicht Silikonöl auf, Menisken gebildet wurden, um die hydrogel-Punkten. Wenn die Oberfläche gesprüht wurde mit aerosol-Mikro-Tröpfchen, die Tröpfchen bewegen würde, in Richtung der Punkte durch die Kapillare Kraft.
Für verschiedene Flüssigkeiten
Diese Strategie hat viele Vorteile. Dr. Yao ‚ s team fand heraus, dass es ist anwendbar auf alle flüssigen Tröpfchen, einschließlich Wasser und öl nicht mischbar sind mit der infundiert öl. Die Stärke der Kapillare Kraft ist bestimmt durch den Meniskus Länge. Damit eine effektive Reichweite, wie weit ein Mikro-Tröpfchen gesammelt werden können, geschätzt werden kann. Auch die Bewegung ist kontinuierlich und es besteht keine Gefahr von „Sättigung“.“ Solange die Tröpfchen sind, die innerhalb der wirksamen Reichweite, alle von Ihnen gesammelt werden, entsprechend.
Was mehr ist, diese Strategie-im Gegensatz zu anderen bisherigen versuche — funktioniert gut, auch mit nur einem einzigen Mikro-Tropfen, die hilft, zu identifizieren, den Mechanismus der Bewegung.
Die niedrigen Herstellung Kosten, seine große Auswahl der Fertigungsmittel und die Kompatibilität mit verschiedenen flüssigen Tröpfchen können den Weg ebnen für die weitere Forschung auf verschiedene Anwendungen, einschließlich Nebel-Kollektion, Wasser Ernte, Wärmetauscher, Mikrofluidik und insbesondere der biomedizinischen Analyse oder auch bakterielle Tötung.
Mögliche biomedizinische Anwendungen
In Ihrer Studie, Dr. Yao-team Tröpfchen, die entweder E. coli oder S. aureus-Bakterien zu demonstrieren, das Potenzial der Anwendung. Sie fanden, dass, sobald gesammelt, die in das hydrogel dots, war es leichter zu erkennen, die Bakterien in die Tröpfchen, die nicht leicht erkannt werden in seiner sonst Wild verstreut form.
„Stell dir vor, in einem geschlossenen Bereich“, sagt Dr. Yao, „wenn können wir dieses einfache, aber robuste Technik zum identifizieren der Krankheit-verursachenden Bakterien. Oder, um noch weiter zu gehen, Stell dir vor, wir töten diese Bakterien durch die Injektion von bioziden auf das sammeln von hydrogel dot vorher, wird es sehr praktisch sein, in einem besiedelten Gebiet zu verhindern, die Ausbreitung von Infektionskrankheiten.“
Die ersten Autoren des Papiers sind Jiang Jieke, postgraduate student an der CityU ‚ s Department of Biomedical Sciences, und Dr. Gao Jun, Postdoc an der niederländischen Universität von Twente, der Physik Komplexer Fluide. Andere Forscher zählen Zhang Hengdi, Er Wenqing und Zhang Jianqiang von CityU ‚ s Department of Biomedical Sciences, und Dr. Dan Daniel vom Institute of Materials Research and Engineering in Singapur.