Zelfassemblage is het proces waarbij eenvoudige bouwstenen op elkaar inwerken en zichzelf organiseren in geordende structuren. De natuur is rijk aan fascinerende voorbeelden van zelf-geassembleerde constructies. Geïnspireerd door de natuur, onderzoekers hebben lang geprobeerd om zelfassemblage te gebruiken als een "bottom-up" fabricagetechniek om complexe materialen en apparaten te ontwerpen. Momenteel, de zelfassemblage van geordende emulsies heeft veel belangstelling gewekt voor de mogelijke toepassing ervan op meerdere gebieden, zoals materiaalsynthese en analyse met hoge doorvoer.

Microfluïdische technieken bieden de mogelijkheid om zeer monodisperse druppeltjes te genereren en zelf te assembleren tot geordende emulsies in een enkel apparaat, maar zelfassemblage in microfluïdische stromen vereist typisch een hoge druppeldichtheid. Een team van onderzoekers onder leiding van assistent-professor Michinao Hashimoto van de Singapore University of Technology and Design (SUTD) heeft een elegante manier ontdekt om zelfassemblage van druppeltjes met een lage dichtheid in microfluïdische stromen te bereiken met behulp van driedimensionale (3-D) microkanalen.

In tegenstelling tot eerdere studies die microkanalen gebruikten zonder variaties in hoogte, de onderzoekers van SUTD gebruikten een microkanaal met een geleidelijke toename in hoogte. In dergelijke 3D-microkanalen, de druppeltjes, niet beperkt door de boven- of onderwanden en aangedreven door een dichtheidsverschil met de omringende vloeistof, ofwel zinken naar de bodem van het microkanaal of drijven naar de bovenkant van het microkanaal. Ze stapelen zich dan op, jam en assembleer zelf in geordende structuren. Het onderzoeksteam toonde aan dat zelfassemblage in 2D-roosters kan worden bereikt wanneer druppeltjes slechts 5% van het totale volume vloeistof innemen dat in het microkanaal wordt geïnjecteerd; en door geleidelijk de druppelconcentratie verder te verhogen, zelfassemblage in 3D-roosters zou kunnen worden bereikt. Om het potentieel van hun ontdekking verder te demonstreren, gebruikten de onderzoekers zelf-geassembleerde 2D-roosters van druppeltjes als sjabloon om millimeterbrede hydrogelvezels met anisotrope poriestructuren te fabriceren.

"De eenvoud en veelzijdigheid van het concept - het gebruik van 3D-microfluïdica voor de gecontroleerde zelfassemblage van druppeltjes - zou interessant moeten zijn voor onderzoekers die de interface tussen microfluïdica verkennen, zelfmontage, en zachte materie", zei Dr. Pravien Parthiban, een postdoctoraal onderzoeker bij SUTD en de hoofdauteur die bij het werk betrokken is. De onderzoeksbevinding is onlangs gepubliceerd in Zachte materie waar het is tentoongesteld op de achteromslag.