Wetenschappers van het Indian Institute of Science (IISc) hebben een nieuwe techniek ontwikkeld om vloeistofdruppels in te kapselen die voor verschillende toepassingen worden gebruikt, waaronder de groei van één kristal en celcultuur.

De techniek maakt gebruik van het capillaire effect (het opstijgen van een vloeistof door een nauwe ruimte) om druppels te omhullen met een composiet omhulsel dat olieminnende en hydrofobe deeltjes bevat. Het biedt de mogelijkheid om de schaaldikte over een breed bereik af te stemmen, waardoor druppeltjes van verschillende groottes kunnen worden ingekapseld. Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Communications .

Druppels zijn belangrijk op verschillende gebieden. “In microreactoren kunnen druppeltjes worden gebruikt om verschillende reactieomgevingen te creëren of verschillende chemicaliën te mengen. In systemen voor medicijnafgifte kunnen druppeltjes worden gebruikt om medicijnen of andere middelen aan specifieke weefsels of organen af ​​te leveren. In kristallisatiestudies kunnen druppeltjes worden gebruikt om de En in celkweekplatforms kunnen druppeltjes worden gebruikt om cellen te laten groeien in een gecontroleerde omgeving, wat kan helpen de levensvatbaarheid en proliferatie van de cellen te verbeteren", legt hoofdonderzoeker Rutvik Lathia, Ph.D. student aan het Center for Nano Science and Engineering (CeNSE), IISc.

Er zijn echter verschillende uitdagingen bij het gebruik van dergelijke druppels. Ze zijn kwetsbaar voor besmetting vanuit de omgeving. Het gemak en succes van een bepaald proces hangt sterk af van het oppervlak waarop ze vallen, en ze kunnen vrij snel in het niets verdwijnen.

Hoewel het inkapselen van druppels met vloeistoffen of vaste stoffen die niet met de druppels vermengen (zoals waterdruppels in een olieomhulsel) een plausibele oplossing is om deze problemen te voorkomen, door een omhulsel te maken dat winterhard en continu is en een aanpasbare dikte heeft op een superklein oppervlak. schaalgrootte is tot nu toe ongrijpbaar gebleken.

Om deze uitdagingen aan te gaan, hebben Prosenjit Sen, universitair hoofddocent bij CeNSE, en zijn team een ​​nieuwe capillaire krachtondersteunde verhulmethode ontwikkeld om druppeltjes op te vangen in colloïdale deeltjes en met vloeistof doordrenkte oppervlakken.

Eerst bedekten ze de druppeltjes zorgvuldig met kleine hydrofobe en olieminnende kralen, waardoor ze veranderden in wat zij vloeibare knikkers (LM) noemen. Wanneer deze LM op met olie doordrenkte oppervlakken worden bewaard, treden capillaire krachten in werking, waardoor de olie kan opstijgen in kleine poriën die tussen de afzonderlijke kralen zijn ontstaan. Deze kralen spelen een cruciale rol bij het bevorderen en stabiliseren van de vorming van een vloeistoffilm rond de druppel, waardoor deze effectief wordt ingekapseld. De onderzoekers konden ook was in plaats van olie gebruiken om een ​​stevige schaal te creëren door de temperatuur aan te passen.

Een dergelijke inkapseling verminderde de verdampingssnelheid van druppels tot wel 200 keer, waardoor de levensduur van deze druppels werd verlengd, ontdekte het team. Ze waren ook in staat om de schaaldikte flexibel aan te passen over een breed bereik:van 5 μm tot 200 μm. Hierdoor konden ze druppels opvangen met volumes variërend van 14 nL tot 200 μL.

"Onze methode voor het inkapselen van druppels introduceert een groot aantal nieuwe mogelijkheden op het gebied van druppelgerelateerde toepassingen. De afstembare aard van de omhulsels, zowel vast als vloeibaar, zorgt voor nauwkeurige controle over verschillende parameters, waardoor het veelzijdig is voor toepassingen in de chemie, biologie en materiaalkunde", zegt senator

De onderzoekers gebruikten deze gecoate druppeltjes om met succes eenkristallen te laten groeien. Ze zouden de gecoate druppeltjes ook kunnen gebruiken voor biologische toepassingen zoals 3D-celkweek en het kweken van gistcellen in het laboratorium, met verbeterde succespercentages.

"Tot nu toe zijn we in staat om op was gebaseerde vaste capsules en op olie gebaseerde vloeibare capsules te maken", voegt Sen toe. "Nu onderzoeken we nieuwere materialen om capsules te vormen met verschillende eigenschappen die de afstembaarheid verder kunnen verbeteren, zoals op polymeer gebaseerde capsules."

Meer informatie: Rutvik Lathia et al, Afstembare inkapseling van sessiele druppels met vaste en vloeibare omhulsels, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41977-1

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Aangeboden door Indian Institute of Science