In een nieuwe krant Thomas Russell en postdoctoraal fellow Ganhua Xie, aan de Universiteit van Massachusetts Amherst en het Lawrence Berkeley National Laboratory, rapporteren dat ze capillaire krachten hebben gebruikt om een ​​eenvoudige methode te ontwikkelen voor het produceren van zelf-assemblerende hangende druppels van een waterige polymeeroplossing vanaf het oppervlak van een tweede waterige polymeeroplossing in goed geordende arrays.

"Deze hangende druppels hebben potentiële toepassingen in functionele microreactoren, micromotoren en biomimetische microrobots, " leggen ze uit. Microreactoren helpen chemische reacties in extreem kleine ruimtes van minder dan 1 millimeter en microsondes helpen bij de ontwikkeling en productie van nieuwe geneesmiddelen. Beide stellen onderzoekers in staat de reactiesnelheid nauwkeurig te controleren, selectieve verspreiding en verwerking, bijvoorbeeld. Selectieve diffusie verwijst naar hoe celmembranen beslissen welke moleculen binnen of buiten blijven.

Russell en collega's zeggen dat functies in hun nieuwe systeem kunnen worden gestuurd met magnetische microdeeltjes om dit te bereiken. Ze "controleren de voortbeweging van de druppeltjes, en, vanwege de aard van de assemblages, kan selectief chemicaliën van de ene druppel naar de andere transporteren of worden gebruikt als ingekapselde reactievaten, waarbij reacties afhankelijk zijn van direct contact met lucht, ' legt Russel uit.

Voor dit werk, hij en Xie werkten samen met anderen van Hong Kong University, Beijing University of Chemical Technology en Tohoku University, Japan. Details zijn binnen Proceedings van de National Academy of Sciences .

Hun techniek is gebaseerd op natuurlijke eigenschappen, Russel legt uit, in het bijzonder oppervlaktespanning, het fenomeen waardoor waterlopende wezens en door mensen gemaakte robots die ze nabootsen, voorkomen dat ze zinken. De onderzoekers gebruiken het om zwaardere druppels te binden, die anders zou zinken, naar interfaces. Dit helpt bij het bouwen van tweedimensionale ensembles van structureel complexe druppeltjes met zakjes waarin doelreacties kunnen worden geïsoleerd.

Dit deden ze, Russel zegt, door een coacervaat-omhulde druppel van een dichtere waterige dextranoplossing aan het oppervlak van een andere, polyethyleenglycol (PEG) waterige oplossing. In hun eerdere werk Xie, Russell en collega's gebruikten dezelfde twee waterige polymeeroplossingen, PEG-plus-water en dextran-plus-water, die kunnen worden gecombineerd, maar niet worden gemengd. Dit creëert een "klassiek voorbeeld van coacervatie" die twee afzonderlijke domeinen vormt, zoals de niet-mengende was-en-water in een lavalamp, Russel legt uit.

Dat zegt hij tot nu toe synthetische systemen in laboratoria zijn beperkt tot veel minder reacties dan natuurlijke systemen in het lichaam, die vele snelle en seriële reacties kan uitvoeren. Het beter nabootsen van de natuur is al jaren een belangrijk doel, hij voegt toe.

Het nieuwe werk betekent een grote vooruitgang, Russel zegt, omdat "we een delicate balans gebruiken tussen oppervlakte-energie en zwaartekracht om de zakjes aan het oppervlak van de vloeistof te hangen, zoals sommige insectenlarven, en de hangende zakjes hebben direct contact met lucht door de opening in de bovenkant. Direct contact met lucht stelt de gebruiker in staat om gassen, zoals zuurstof, voor een reactie."

Om je het nieuwe mechanisme voor te stellen, hij legt uit, het helpt om te weten dat polykationen materialen zijn met meer dan één positieve lading en dat polyanionen meer dan één negatief hebben. "Denk aan de zak, de binnenkant is een polyanion en de buitenkant is een polyanion. Dit betekent dat anionen wel naar buiten kunnen stromen maar kationen niet en kationen wel naar binnen maar anionen niet. Deze selectieve diffusie stelt ons in staat om reacties in de zak uit te voeren die een tweede reactie aan de buitenkant van de zak voedt en vice versa. Dus, we kunnen trapsgewijze reactieschema's produceren, vergelijkbaar met die in je lichaam of andere biologische systemen."