(Phys.org) —Onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign hebben een nieuwe op stroom gebaseerde methode ontwikkeld voor het manipuleren en opsluiten van afzonderlijke deeltjes in een vrije oplossing, een proces dat zal helpen de huidige uitdagingen aan te gaan waarmee nanowetenschappers en ingenieurs worden geconfronteerd.

"Deze methode is een uniek hulpmiddel voor het manipuleren en vangen van kleine nanodeeltjes in oplossing, " verklaarde Charles M. Schroeder, een assistent-professor bij de afdeling Chemische en Biomoleculaire Engineering in Illinois. "Het gebruik van vloeistofstroom in een microfluïdisch apparaat betekent dat elektrische, magnetisch, optisch, of akoestische krachtvelden zijn niet nodig."

De nieuwe methode en het onderzoek om deze te ontwikkelen werden gepubliceerd in het mei 2013 nummer van Nano-letters , in een paper getiteld "Manipulation and Confinement of Single Particles Using Fluid Flow, " geschreven door Schroeder en postdoctoraal onderzoeker Melikhan Tanyeri.

Vandaag, fijnschalige manipulatie van kleine deeltjes blijft een grote uitdaging in het veld. De huidige methoden voor het vangen van deeltjes zijn voornamelijk gebaseerd op elektrokinetische, magnetisch, of optische krachtvelden, die mogelijk niet compatibel zijn met biomoleculen of biologische systemen.

Samen, Schroeder en Tanyeri ontwikkelden een "microfluïdische val" die in staat is tot 2-D deeltjesmanipulatie met behulp van de enige werking van vloeistofstroom.

Schroeder en onderzoekers demonstreren verschillende unieke kenmerken van de microfluïdische val, inclusief 2-D manipulatie van deeltjes zo klein als 500 nanometer in water, met een positioneringsnauwkeurigheid van slechts ongeveer 180 nanometer, het vangen van deeltjes zo klein als 100 nanometer, en actieve controle over de oplossingsomstandigheden van een gevangen deeltje. Dit alles wordt bereikt met een eenvoudig op PDMS gebaseerd microfluïdisch apparaat zonder de noodzaak van complexe instrumentatie voor optische trapping of het genereren van elektrische velden.

"De microfluïdische val biedt een fundamenteel nieuwe methode voor het vangen en analyseren van afzonderlijke deeltjes of afzonderlijke moleculen, bestaande technieken aanvullen, "Zei Schroeder. "Onze nieuwe technologie zal alomtegenwoordig worden gebruikt in interdisciplinaire gebieden zoals nanowetenschap, materiaal kunde, complexe vloeistoffen, zachte materialen, microbiologie, en moleculaire biologie."

Schroeder en Tanyeri zeiden dat ze nu de mogelijkheid hebben om een ​​reeks deeltjesgroottes op te vangen.

"In tegenstelling tot bestaande methoden zoals conventionele optische of magnetische vallen, de microfluïdische val maakt het vangen van kleine nanodeeltjes mogelijk, minder dan 30 nanometer in vrije oplossing, ' zei Tanyeri.

Met de nauwkeurige positionele controle van enkele nanodeeltjes in een vrije oplossing, wetenschappers zullen nieuwe technologieën kunnen verkennen, van moleculaire engineering tot bottom-up assemblage van nanostructuren.

"Fluidisch gerichte assemblage kan bestaande lithografische, zelfmontage, en oppervlaktepatronen voor het vervaardigen van functionele materialen en apparaten op nanoschaal, "Zei Tanyeri. "Dit is een belangrijke technologische vooruitgang die zal helpen om problemen in nanowetenschap en techniek aan te pakken die ontoegankelijk zijn voor de huidige methoden, zoals gerichte montage en patroonvorming van zachte materialen."