Des physiciens de l'Institut de Technologie de Géorgie ont démontré une nouvelle technique optique pour contrôler l'écoulement de très petits volumes de fluides sur des surfaces solides. La technique, qui repose sur des changements dans la tension de surface motivée par optiquement généré gradients thermiques, pourraient fournir les bases d'une nouvelle génération de façon dynamique reprogrammable dispositifs microfluidiques. Un document décrivant la technique est l'histoire de couverture pour l'édition du 1er août lettres la revue Physical Review. La recherche a été soutenue par la National Science Foundation et la Société de recherche. Existantes des dispositifs microfluidiques, aussi connu comme «laboratoires sur une puce», utiliser les canaux minuscules ou des tuyaux gravés dans le silicium ou un substrat d'autres pour manipuler de très petits volumes de liquide. Ces «micropipe« dispositifs commencent tout juste à apparaître sur le marché. L'innovation de Georgia Tech pourrait permettre la production d'un nouveau type de dispositif microfluidique sans attaquer les canaux. Au lieu de cela, les lasers ou des systèmes optiques similaires à celles utilisées dans les projecteurs LCD produirait des schémas complexes de différentes intensité de lumière sur un substrat plat. L'absorption de la lumière serait produire un chauffage différentiel sur le substrat, créant un modèle de gradients thermiques. La tension de surface, une force relativement forte à l'échelle du micron, alors provoquer des volumes nanolitre fluide à l'écoulement des zones plus fraîches aux zones plus chaudes grâce à l'action thermocapillaire. "Nous prévoyons que cela pourrait passer plusieurs gouttelettes de liquide ou de paquets simultanément, permettant ainsi des tableaux de gouttes à se déplacer dans le même temps à plusieurs endroits», a déclaré Michael Schatz, professeur Georgia Tech agrégé de physique. "Nous ne pouvions éviter de mettre les architectures détaillées sur le substrat. Au contraire, nous serions tirer profit des progrès dans la miniaturisation de l'optoélectronique le modèle le substrat avec les forces de tension superficielle." Parce que les gradients de température serait formée par des motifs lumineux commandé par ordinateur, les voies pour que les gouttelettes peuvent être rapidement modifiées, permettant une reconfiguration n'est pas possible avec les dispositifs existants microfluidique. Et parce que les effets de tension superficielle sont forts à l'échelle du micron, ils pourraient produire des débits plus élevés que le canal basé sur des puces, qui doivent surmonter de grandes forces de frottement. Enfin, le substrat peut être facilement nettoyé entre les utilisations, en évitant toute contamination. Dans leur article, Schatz et collègues romains Grigoriev et Nicolas Garnier rapport de leurs études de la façon dont les gradients thermiques affectent les films minces d'huile de silicone sur une surface de verre. Le fond du verre avaient été peints en noir pour absorber la lumière, et un dissipateur de chaleur fournie pour éviter la surchauffe. La technique pourrait théoriquement aussi utiliser des surfaces liquides, où des gouttelettes d'un liquide non miscible serait déplacé dans un «substrat» de liquide par les mêmes forces de tension superficielle. Dans un système liquide-liquide sur les, le fluide sous-jacente serait également déplacer, ce qui permet des débits plus élevés. Dans les applications biologiques, les fluides d'intérêt sont basés sur l'eau, mais Schatz dit le principe optique pourrait s'appliquer à la plupart des liquides. "Cette technique pourrait s'appliquer à de nombreux systèmes fluides, car elle s'appuie sur une propriété intrinsèque que presque chaque liquide a une température de la dépendance de la tension superficielle", at-il noté. Bien que de nombreux obstacles techniques demeurent, Schatz et ses collaborateurs estiment que leur technique pourrait être la base d'un miniaturisé lab-on-a-chip utilisé pour les tests génétiques ou biochimiques dans le domaine. Le système facilement reconfigurables serait capable de transporter, de fusionner, mélanger et scission des flux de fluide sur une surface plane. «Si nous pouvons construire des dispositifs qui se déplacent les fluides à petite échelle d'une manière reconfigurable, alors en principe que nous pouvons faire toutes sortes de tests dans le domaine des densités très élevées", a expliqué Schatz. "Cette approche pourrait être appliquée dans beaucoup de conditions différentes." Finalement, la miniaturisation des dispositifs microfluidiques pourrait faire pour la manipulation du liquide ce que la technologie des semi-conducteurs modernes a fait pour l'électronique, permettant des dosages, des études chimiques et autres macro-processus à l'échelle de devenir plus petit, moins cher et plus rapide. «Le rétrécissement de dispositifs utilisant la microfluidique pourrait être aussi révolutionnaire pour notre vie quotidienne que la microélectronique a été," a déclaré Schatz. Contrairement à la microélectronique, cependant, la volonté de faire de dispositifs microfluidiques plus petit et plus dense est confrontée à une limite fondamentale immédiate de la taille des cellules, des échantillons d'ADN ou de protéines. Si ceux-ci sont d'être déplacé dans une forme fluide, les caractéristiques puces ne peuvent pas être beaucoup plus petites que quelques microns. Parmi les défis à venir pour la construction optiquement axée dispositifs microfluidiques sont contrôlant l'évaporation, le développement d'interfaces pour obtenir les volumes minuscules de liquide sur la surface, et en choisissant la bonne combinaison de substrat et le dissipateur thermique pour fournir différents schémas de gradient de température sans surchauffer les liquides, les notes Grigoriev, professeur adjoint à l'Ecole de physique. «Nous sommes sur le point de tester des stratégies pour construire les blocs de construction, tout comme les transistors de la microélectronique», at-il dit. "Une fois que ces pièces sont en place, il sera beaucoup plus simple de les réunir dans un dispositif microfluidique travailler." |