Jan 18, 2024
Железнодорожная боковая миграция частиц через неповрежденный участок
Научные отчеты, том 12,
Том 12 научных отчетов, номер статьи: 21775 (2022) Цитировать эту статью
397 Доступов
1 Цитаты
Подробности о метриках
В этой статье представлен метод нанесения послойного покрытия (LbL) на частицы в микрофлюидном устройстве с направляющим рельсом. Пассивный микрофлюидный подход позволяет обрабатывать суспензии частиц, подлежащих нанесению в систему. Траектория частиц контролируется с помощью выгравированных направляющих, вызывающих боковое движение частиц, сохраняя при этом аксиально ориентированный поток жидкости (и границу раздела различных жидкостей) невозмущенным. Для определения работоспособной геометрии устройства были изучены глубина и угол наклона рельсов, а также скорость жидкости. Прерывистая процедура нанесения покрытия LbL была преобразована в один непрерывный процесс, продемонстрировав, что чип может выполнять семь последовательных этапов, обычно выполняемых в периодическом режиме, что в дальнейшем легко расширяется до большего количества циклов. Покрытие частиц двумя бислоями было подтверждено флуоресцентной микроскопией.
Способность манипулировать микрочастицами имеет решающее значение для многих приложений в технике, химии, биологии и физике. Различные приложения требуют обработки, сортировки или самосборки частиц. Разработка продвинутых частиц требует использования процессов осаждения для производства сложных наноструктурированных строительных блоков. Одним из методов осаждения, который очень популярен в настоящее время, является метод послойной сборки (LbL) 1,2, предложенный Дечером и др. Этот метод имеет множество преимуществ: простота приготовления, универсальность, улучшение свойств материала, контроль над структурой материала, пористостью, надежностью, возможность применения высоких нагрузок биомолекул в пленках3. Метод LbL получил значительное внимание в инженерных и биомедицинских областях и применяется, например, для доставки лекарств, интегрированной оптики, датчиков и покрытий, снижающих трение. В классическом методе ЛбЛ тонкие пленки формируются путем последующего осаждения противоположно заряженных полиэлектролитов (полимерных электролитов) на подложку любой формы, в результате чего образуются полиэлектролитные мультислои. Адсорбция пленки происходит главным образом в результате электростатических взаимодействий, происходящих между поликатионными и полианионными электролитами. Слой можно получить несколькими способами, например, путем нанесения покрытия погружением, центрифугирования или нанесения покрытия распылением. Автоматизация процессов LbL с использованием обычных реакторов макромасштаба весьма желательна, но сложна в реализации. Эти трудоемкие и непостоянные процессы обычно требуют громоздкого и дорогого оборудования. Более того, часто встречаются такие проблемы, как неоднородность и агрегация микрокапсул, требующие применения последующих стадий обработки, таких как центрифугирование, промывание и ресуспендирование. Кроме того, при периодических процессах расход реагентов выше, что может быть важным фактором, например, при использовании дорогого лекарства.
Обращение с частицами имеет важное значение в подходах к производству частиц. Среди многих доступных методов оптический пинцет чрезвычайно эффективен для манипулирования отдельными объектами. Оптические пинцеты используют силы, создаваемые сильно сфокусированным лучом света, для захвата и перемещения частиц размером от десятков нанометров до десятков микрометров и могут использоваться для организации плоских ансамблей коллоидных частиц, а также для создания оптических насосов и клапанов, построенных из коллоидные частицы в микрофлюидных каналах активируются оптическим пинцетом4,5,6. Другой метод манипулирования частицами использует звуковые волны, требующие более низкой плотности мощности, чем оптический пинцет. Дин и др. разработали акустическое устройство, основанное на стоячих поверхностных акустических волнах, которое может улавливать и манипулировать отдельными микрочастицами с контролем в реальном времени7. Акустическая стоячая волна с непрерывным потоком используется для разделения частиц размером от десятков нанометров до десятков микрометров. Технология акустического пинцета облегчает фокусировку, разделение, выравнивание и формирование рисунка частиц8,9,10. Сфокусированная поверхностная акустическая волна (FSAW) использовалась в микрофлюидной среде для производства микрокапсул со структурой ядро-оболочка11. Магнитными частицами можно манипулировать в микрофлюидных каналах с помощью магнитного поля12,13. Магнетизм использовался в микрофлюидике для приведения в действие, манипулирования и обнаружения. Силы, задействованные в микромагнитофлюидике, подробно описаны и в целом хорошо поняты14. На сегодняшний день разработано множество приложений, ярким примером которых является непрерывная магнитная сепарация частиц и клеток15. Еще одним активным методом контроля движения частиц является диэлектрофорез под наклоном16. Зигзагообразная траектория частиц через три параллельных ламинарных потока была реализована с помощью пар соседних наклонных параллельных электродов, расположенных зигзагообразно вокруг микрофлюидного канала16. Методы управления движением микрочастиц в микрофлюидных устройствах уже широко изучены и описаны17.