"Een dergelijke oppervlaktemodificatie wordt vaak gebruikt voor microfluïdische kanalen, maar de toepasbaarheid ervan voor nanofluïdische kanalen wordt bijna nooit onderzocht," zei Xu.

Hoewel microfluïdische apparaten van verschillende materialen kunnen worden gemaakt, hebben nanofluïdische apparaten een glazen substraat nodig. Volgens Xu maken glaseigenschappen, zoals optische transparantie, thermische stabiliteit en mechanische robuustheid, het een gunstig materiaal voor toepassingen in een breed scala aan disciplines en een ideaal materiaal in nanofluidics.

Hoewel het hydrofiel van aard is, kan glas hydrofoob worden gemaakt, een techniek die wordt gebruikt bij oppervlaktemodificatie om te voorkomen dat moleculen in de monstervloeistof zich hechten aan moleculen in het glas. De onderzoekers maakten ook glazen nanokanalen - die ongeveer de breedte van 1/1.000 een vel papier hebben - met hydrofiele gouden nanopatronen die precies zijn geplaatst om lokaal vloeibare moleculen aan te trekken bij de ingang van nanokanalen. De gouden nanopatronen zijn gefabriceerd met behulp van een techniek genaamd "Nano-in-Nano" -integratie, die is ontwikkeld door de onderzoekers en zorgt voor nauwkeurige patronen van veel kleinere functionele nanopatronen in de kleine nanofluïdische kanalen.

Het resulterende gefabriceerde nanofluïdische apparaat is iets groter dan een postzegel en niet veel dikker. De nanokanalen met verschillende afmetingen, onzichtbaar voor het menselijk oog, zitten in het midden, ingeklemd tussen een vloeistofinbrengsysteem in de vorm van twee hoefijzers.

Om de hydrofobe behandeling te testen, duwden de onderzoekers water in de bredere, eendimensionale (1D) nanokanalen. In niet-behandelde kanalen zal water met dezelfde kracht in de smallere, tweedimensionale (2D) nanokanalen sijpelen waarmee planten water van de wortels naar de bladeren kunnen verspreiden zonder enige druk van buitenaf.

"Daarentegen zagen we dat de waterstroom stopte bij de ingang van de 2D nanofluïdische kanalen tot een externe druk van 400 kPa," zei Xu. Dat is ongeveer het krachtequivalent van de gemiddelde waterdruk van een thuiskraan. Boven die druk ontdekten de onderzoekers dat water de nanofluïdische kanalen zou doorbreken.

De test valideerde de hydrofobe aard van de kanalen, dus de onderzoekers vulden de kanalen vervolgens met een waterige ethanoloplossing onder hoge druk en gebruikten vervolgens lucht om vloeistof uit het linkerkanaal te verwijderen, waardoor een gas-vloeistofinterface ontstond. Onder nuldruk reisde de interface naar de 2D-nanokanaalingangen en stopte gelijkmatig bij de hydrofiele gouden nanopatronen, die meer dan een uur vasthielden. Onder enige externe druk zou de interface langs de nanofluïdische kanalen kunnen worden getransporteerd.

Met de stabiliteit van de gas-vloeistof-interface op nanoschaal bevestigd, testten de onderzoekers ook met succes het vermogen om moleculen van belang in de nanoschaal-interface te concentreren.

De onderzoekers zijn van plan om op chips gebaseerde analytische en diagnostische apparaten verder te ontwikkelen die in staat zijn om biologisch materiaal, zoals virussen of biomarkers, te scheiden, concentreren en detecteren uit extreem kleine monsters.

"Gas-vloeistof-interfaces op nanoschaal gefabriceerd in hydrofiele en hydrofobe nano-gepatroneerde nanofluïdische kanalen bieden de mogelijkheid om doelmoleculen nauwkeurig te verrijken in een goed gedefinieerde ruimte op nanoschaal, wat een revolutionaire invloed zal hebben op een verscheidenheid aan chemische, fysieke en biologische processen en toepassingen in de toekomst," Xu gezegd. + Verder verkennen

Exosome nanoporator:een nanofluïdisch apparaat om op exosoom gebaseerde vehikels voor medicijnafgifte te ontwikkelen