Новый метод использует ультрафиолетовый свет для контроля потока жидкости и организации частиц

Прочитано: 54 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Оценок пока нет)
Loading ... Loading ...


Новый, простой и недорогой метод, использующий ультрафиолетовое излучение для управления движением частиц и их сборкой внутри жидкостей, может улучшить доставку лекарств, химических датчиков и насосов для жидкости. Этот метод побуждает частицы — от пластиковых микрошариков до бактериальных спор — к загрязнителям — собираться и организовываться в определенном месте в жидкости и, при желании, перемещаться в новые места. Статья, описывающая новый метод, появляется в журнале Angewandte Chemie .

«Многие приложения, связанные с датчиками, доставкой лекарств и нанотехнологиями, требуют точного контроля потока жидкости», — сказал Айусман Сен, заслуженный профессор химии в штате Пенсильвания и старший автор статьи. «Исследователи разработали ряд стратегий для этого, в том числе наномоторы и насосы для жидкости , но до этого исследования у нас не было простого способа собрать частицы в определенном месте, чтобы они могли выполнять полезную функцию, а затем перемещать их в новое место, чтобы они могли выполнять функцию снова.

«Скажем, например, что вы хотите создать датчик для обнаружения частиц загрязняющих веществ или бактериальных спор в пробе воды» , — сказал Сен. «С помощью этого нового метода мы можем просто добавить наночастицы золота или диоксида титана и пролить свет на побуждают частицы загрязняющих веществ или споры собираться. Сконцентрировав их в одном месте, их легче обнаружить. А так как светом так легко манипулировать, мы имеем высокую степень контроля ».

Подобно тому, как частицы загрязняющего вещества могут быть собраны в определенном месте, метод может быть использован для сбора кварцевых или полимерных шариков, которые несут полезную нагрузку, например, антитела или лекарства, в определенных местах внутри жидкости.


Новый метод сначала включает добавление небольшого количества наночастиц диоксида титана или золота в жидкость, такую ​​как вода, которая также содержит более крупные представляющие интерес частицы, такие как загрязняющие вещества или шарики, несущие полезную нагрузку. Свет от света в определенной точке жидкости нагревает крошечные металлические наночастицы, а затем тепло передается жидкости. Затем более теплая жидкость поднимается в точке света — точно так же, как теплый воздух поднимается в холодной комнате — и холодная вода вливается, чтобы заполнить пространство, которое оставила теплая вода, принося с собой более крупные частицы.

«Это приводит к тому, что более крупные частицы накапливаются в точке ультрафиолетового излучения, где они образуют плотно упакованные, хорошо организованные структуры, называемые коллоидными кристаллами», — сказал Бенджамин Танси, аспирант по химии в Penn State и первый автор статьи. «Изменение интенсивности света или количества частиц диоксида титана или золота влияет на скорость этого процесса».
Когда свет удаляется, более крупные частицы беспорядочно диффундируют через жидкость. Но если вместо этого переместить свет, более крупные частицы движутся к новой точке света, в основном сохраняя свою структуру при движении. Эта динамическая сборка, разборка и перемещение организованных частиц может иметь важные последствия для восприятия и доставки лекарств.

«Этот процесс наиболее эффективен при использовании наночастиц золота, но мы хотели найти альтернативу, которая была бы менее дорогой и более доступной», — сказала Танси. «Мы были рады обнаружить, что этот метод также работает с диоксидом титана, недорогой и безвредной наночастицей, используемой в косметике и в качестве пищевой добавки».

Помимо воды, исследователи продемонстрировали эффективность этого метода в гексадекане, органической жидкости.

«Частицы обычно не очень хорошо собираются в соленой или неводной среде, потому что все слипается, — сказал Сен. — Но здесь мы показываем, что частицы могут собираться с использованием этого метода в гексадекане, что говорит о том, что мы можем применить эту технику. Например, в биологических жидкостях. Насколько нам известно, это первая демонстрация перекачки жидкости в органической среде «.

Члены исследовательской группы в университете Питтсбурга во главе с Анной Балазс использовали математические модели для описания динамики системы. В дополнение к описанию того, как частицы движутся в системе, модели подтверждают, что только незначительное изменение температуры — менее чем на градус Цельсия — от ультрафиолетового света требуется, чтобы вызвать поток жидкости.

Исследовательская группа в настоящее время проверяет пределы этого метода, например, могут ли частицы перемещаться в гору к источнику света, или же этот метод можно использовать для сортировки частиц по размеру.

«Мы знали, что нагревание наночастиц золота в суспензии может создать поток жидкости, — сказал Танси, — но до этого исследования никто не пытался выяснить, можно ли использовать такие типы потоков жидкости с тепловым приводом, чтобы сделать что-нибудь полезное. Потому что ультрафиолет» свет и диоксид титана настолько просты в управлении, что мы полагаем, что этот метод может быть использован в будущем в различных технологиях. Например, жидкостный насос, использующий этот метод, может потенциально заменить громоздкие и более дорогие традиционные насосы, требующие источника питания или которые полагаются на магнетизм или механическое движение, чтобы функционировать «.

Новый метод использует ультрафиолетовый свет для контроля потока жидкости и организации частиц



Новости партнеров

Загрузка...