Oberflächenspannung kann Tröpfchen für biomedizinische Anwendungen sortieren

Dies ist nur eine mögliche Auswirkung der neuen Forschung, die von Arun Kota, Assistenzprofessor an der Fakultät für Maschinenbau der Colorado State University und der School of Biomedical Engineering, geleitet wird. In Kotas Labor werden Beschichtungen hergestellt, die nicht nur Wasser, sondern praktisch alle Flüssigkeiten, einschließlich Öle und Säuren, abweisen - eine Eigenschaft, die als Superomniphobie bezeichnet wird.

Sie beschrieben ihre jüngste Innovation bei konstruierten superomniphoben Oberflächen in Labor auf einem Chip, eine Veröffentlichung der Royal Society of Chemistry. Kota und sein Team haben ein einfaches und kostengünstiges Gerät entwickelt, mit dem Flüssigkeitströpfchen ausschließlich anhand der unterschiedlichen Oberflächenspannungen der Flüssigkeiten sortiert werden können. Sie haben dafür gesorgt, dass die Oberfläche ihres Geräts abstimmbar ist, was bedeutet, dass sie die Oberflächenchemie manipulieren können, um die Flüssigkeitsabstoßung zu erhöhen oder zu verringern.

Die Forscher bemusterten eine Oberfläche mit Titandioxid- "Nanoflowers", indem sie einen makellosen dünnen Titanfilm in einem nanoskaligen Muster dekorierten, das unter einem Rasterelektronenmikroskop wie ein Blumenfeld aussieht. Unter Ausnutzung der photokatalytischen Eigenschaften von Titandioxid veränderten sie die Oberflächenchemie an verschiedenen Stellen des Geräts geringfügig, indem sie für eine festgelegte Zeitdauer UV-Licht einstrahlten.

Das Ergebnis: Ein flacher Film, der Flüssigkeitströpfchen anhand ihrer Oberflächenspannung sortieren kann, wenn das Gerät leicht geneigt aufgestellt wird.

Dieses elegant einfache Konzept könnte die Grundlage für eine Vielzahl von Anwendungen bilden, von Biosensoren für Point-of-Care-Diagnoseplattformen bis hin zu Lab-on-Chip-Systemen, mit denen Tröpfchen verschiedener Chemikalien oder krankes und nicht krankes Blut schnell unterschieden werden können.

Grundsätzlich interessiert sich Kotas Team für die Physik und Chemie, wie und warum manche Materialien zu Superomniphobie führen, und für die Perfektionierung der Wissenschaft hinter superomniphoben Oberflächen.

"Aber wir sind Ingenieure, deshalb brauchen wir Anwendungen, die kommerziell übersetzt werden können", sagte Kota. "Der Traum ist es, superomniphobe Oberflächen zu schaffen, die mechanisch haltbar sind. Die Leute können interessante Oberflächen herstellen, aber das Problem ist, dass einige nicht sehr haltbar sind. Wenn Sie etwas herstellen können, das aber nicht von Dauer ist, wen interessiert das?"