Bij een enkele niesbui of een hoest, maar liefst 40, 000 kleine druppeltjes worden met geweld vanuit de mond en neus de lucht in gestuwd. Onderzoekers van de City University of Hong Kong (CityU) hebben onlangs een methode ontwikkeld om microdruppels zoals deze te verzamelen, die kunnen bijdragen aan toepassingen bij het opsporen van ziekteverwekkende bacteriën en het voorkomen van de verspreiding van ziekten.

De studie, getiteld "Directioneel pompen van water- en olie-microdruppels op een glad oppervlak, " onder leiding van Dr. Yao Xi, Universitair docent van de afdeling Biomedische Wetenschappen van CityU, werd onlangs gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ).

Het op een gecontroleerde manier verplaatsen van op olie en water gebaseerde microdruppels zonder externe kracht kan zeer nuttig zijn bij waterwinning en biomedische analyse. Maar met microdruppels is dat best lastig. "Druppels op micrometerschaal (een miljoenste van een meter) hebben heel andere eigenschappen dan grotere tegenhangers zoals tranen. Hun kleine formaat en lichte gewicht betekent dat de normale aantrekkingskracht van de zwaartekracht onbeduidend is om ze te verplaatsen, " legt Dr. Yao uit.

Er waren andere pogingen geweest om microdruppeltjes te verzamelen. Echter, om het op een gecontroleerde manier te doen, of om een ​​enkele druppel in een bepaalde richting te verplaatsen, blijft een uitdaging voor wetenschappers.

Een kracht waardoor insecten op het wateroppervlak kunnen lopen

Maar de innovatieve strategie van het team om microdruppeltjes te transporteren was geïnspireerd op fenomenen die gebruikmaken van capillaire werking die in de natuur wordt waargenomen. De capillaire kracht is belangrijk bij het transport van water en voedingsstoffen in planten. Sommige waterlopende insecten gebruiken ook de capillaire kracht om zichzelf van de bovenkant van het wateroppervlak naar de kust te verplaatsen.

Capillaire werking is de beweging van een vloeistof in een smalle buis als gevolg van oppervlaktespanning en de adhesieve krachten tussen de vloeistofmoleculen en de buis. Bijvoorbeeld, het onderzoeken van een buis met water met een vergrootglas onthult een meniscus - een kromming in het bovenoppervlak van het water nabij het oppervlak van de buis als gevolg van de capillaire kracht. Verder, de capillaire werking kan inwerken op een meniscus om de vloeistof door de buis te tillen zonder de hulp van, en in tegenstelling tot, externe krachten zoals zwaartekracht.

Binnen laboratorium, Het team van Dr. Yao maakte gebruik van de capillaire kracht om microdruppels gericht te transporteren op een glad oppervlak. Door een dunne laag siliconenolie op een oppervlak met hydrogel mini-dots in reliëf te maken, werden menisci rond de stippen gevormd. Toen het oppervlak werd besproeid met aerosol-microdruppels, de druppeltjes zouden door de capillaire kracht naar de stippen bewegen.

Van toepassing op verschillende vloeistoffen

Deze strategie heeft verschillende voordelen. Het team van Dr. Yao ontdekte dat het van toepassing is op alle vloeistofdruppels, inclusief water en olie, die niet mengbaar zijn met de geïnfuseerde olie. De sterkte van de capillaire kracht wordt bepaald door de lengte van de meniscus. Er kan dus een effectief afstandsbereik voor een microdruppel worden geschat. Ook, de beweging is continu en er is geen risico op verzadiging. Zolang de druppels zich binnen het effectieve afstandsbereik bevinden, ze zullen allemaal dienovereenkomstig worden verzameld.

Bovendien, deze strategie, in tegenstelling tot eerdere pogingen, werkt goed met slechts een enkele microdruppel, die helpt om het mechanisme van de beweging te identificeren.

De lage fabricagekosten, de ruime keuze aan fabricagematerialen en de compatibiliteit met vloeistofdruppels kunnen de weg vrijmaken voor praktische toepassingen, inclusief mistopvang, water winning, warmtewisselaars, microfluïdica, en biomedische analyse of zelfs het doden van bacteriën.

Potentiële biomedische toepassingen

In hun studie hebben Het team van Dr. Yao gebruikte druppeltjes die E. coli- of S. aureus-bacteriën bevatten om de mogelijke toepassing aan te tonen. Ze ontdekten dat, eenmaal verzameld in de hydrogelstippen, het was gemakkelijker om de bacteriën in de druppeltjes te detecteren, die niet gemakkelijk kon worden gedetecteerd in zijn anders verspreide vorm.

Dr. Yao zegt, "We zouden deze eenvoudige maar robuuste technologie kunnen toepassen om ziekteverwekkende bacteriën in een afgesloten ruimte te identificeren. Of, nog verder gaan, stel je voor dat we deze bacteriën zouden kunnen doden door vooraf biociden op de verzamelende hydrogel-stip te injecteren. Het zal heel praktisch zijn in een bevolkt gebied om de verspreiding van besmettelijke ziekten te voorkomen."