Terwijl medische onderzoekers en ingenieurs diagnostiek proberen te verkleinen om in iemands zak te passen, een vraag is hoe je gemakkelijk kleine vloeistofmonsters kunt verplaatsen en mengen.

Onderzoekers van de Universiteit van Washington hebben een oppervlak gebouwd en gepatenteerd dat, wanneer geschud, beweegt druppels langs bepaalde paden om medische of omgevingstests uit te voeren.

"Hierdoor kunnen we druppels zo ver verplaatsen als we willen, en in elke vorm van lay-out die we willen, " zei Karl Böhringer, een UW-hoogleraar elektrotechniek en bio-engineering. Het goedkope systeem, gepubliceerd in een recent nummer van het tijdschrift Geavanceerde materialen , zou zeer weinig energie vergen en vermijdt mogelijke besmetting door de monsters te verdunnen of te elektrificeren om ze te verplaatsen.

De eenvoudige technologie is een gestructureerd oppervlak dat de neiging heeft om druppels langs een bepaald pad te duwen. Het is geïnspireerd op het lotuseffect - een fenomeen waarbij de bijna fractale textuur van een lotusblad het lijkt alsof het waterdruppels afstoot.

"Het lotusblad heeft een zeer ruw oppervlak, waarin elke grote bult een kleinere bult heeft, " zei Böhringer. "We kunnen ons oppervlak niet precies hetzelfde maken als een lotusblad, maar wat we hebben gedaan, is de essentie achterhalen waarom het werkt."

Het UW-team gebruikte nanotechnologische fabricagetechnieken om een ​​oppervlak te bouwen met kleine paaltjes van verschillende hoogte en tussenruimte. Wanneer een druppel op dit oppervlak zit, het maakt zo weinig contact met het oppervlak dat het bijna perfect rond is. Dat betekent dat zelfs een kleine beweging het kan verplaatsen.

Onderzoekers gebruikten een audiospeaker of -machine om het platform 50 tot 80 keer per seconde te laten trillen. Het asymmetrische oppervlak beweegt individuele druppels langs vooraf bepaalde paden om te mengen, de inhoud ervan wijzigen of meten. Het veranderen van de trillingsfrequentie kan de snelheid van een druppel veranderen, of kan zich richten op een druppel van een bepaalde grootte of gewicht.

"Alles wat je nodig hebt is een trilling, en het maken van deze oppervlakken is heel eenvoudig. Je kunt het maken van een stuk plastic, "Zei Böhringer. "Ik zou me dit kunnen voorstellen als een apparaat dat minder dan een dollar kost - misschien veel minder dan dat - en wordt gebruikt met speeksel- of bloed- of watermonsters."

Bij het testen, verschillende versies van het UW-systeem kunnen de druppels bergopwaarts verplaatsen, bergafwaarts, In cirkels, ondersteboven, of voeg twee druppels samen en verplaats vervolgens het gecombineerde monster.

Het type systeem staat bekend als een "lab in een druppel":alle ingrediënten bevinden zich in de druppel, en oppervlaktespanning fungeert als de container om alles bij elkaar te houden.

Een student probeerde de luidspreker van een smartphone te gebruiken om het platform te laten trillen. maar tot nu toe levert een telefoon niet genoeg energie om de druppels te verplaatsen. Om geluidsgolven met een lage energie beter op te vangen, de groep zal de elektronenstraallithografiemachine van UW gebruiken om een ​​oppervlak te bouwen met palen die tot 100 keer kleiner zijn.

"Er is goed bewijs, van wat we tot nu toe hebben gedaan, dat als we alles kleiner maken, we minder energie nodig hebben om hetzelfde effect te bereiken, " zei Böhringer. "We stellen ons een apparaat voor dat je op je telefoon aansluit, het wordt aangedreven door de batterij van de telefoon, een app genereert het juiste type audiotrillingen, en je voert je experiment uit."