Posted in | Nanosensors | Nanoanalysis

Mikro-og Nano-Scale Forskning om kaffe Ring Leads vej til mere biosensor Applications

Published on May 6, 2010 at 6:05 AM

Feltet af biosensorer har for nylig fundet en usandsynlig partner i jagten på øget følsomhed: kaffe ringe.

Næste gang du spilder din kaffe på et bord, se på stedet tilbage efter væsken er fordampet, og du vil opdage det har en mørkere ring omkring sin omkreds, der indeholder en langt højere koncentration af partikler end midten.

Fordi denne "kaffe ring" fænomen med mange væsker efter at de er fordampet, har forskere foreslået, at disse ringe kan anvendes til undersøgelse af blod eller andre væsker til sygdomsmarkører ved hjælp af biosensorer enheder. Men en bedre forståelse af, hvordan disse ringe opfører sig på mikro-og nano-skala ville sandsynligvis være behov for praktiske bionsensors.

"Forståelse mikro-og nano-partikel transport inden fordampende væskedråber har et stort potentiale for flere teknologiske applikationer, herunder nanostruktur selvsamling, litografi mønster, partikel-coating, og biomolekyle koncentration og adskillelse," sagde Chih-Ming Ho, Ben Rich- Lockheed Martin professor ved UCLA Henry Samueli School of Engineering og Anvendt Videnskab og direktør for UCLA Center for Cell Control. "Men før vi kan ingeniør biosensorer enheder til at gøre disse applikationer, er vi nødt til at kende den endelige grænser for dette fænomen. Så vores forskning, henvendte sig til fysisk kemi for at finde de laveste grænser af kaffe-ring dannelse."

En forskergruppe ledet af Ho, et medlem af National Academy of Engineering, har nu fundet den endelige mikroskopiske minimale tærskel af kaffe-ring formation, som kan bruges til at fastsætte standarder til biosensor enheder for flere sygdomme detektering, samt andre anvendelser . Forskningen vises i det nyeste nummer af Journal of Physical Chemistry B og er tilgængelig online.

"Hvis vi betragter humant blod eller spyt, den har en masse af mikro-og nano-skala molekyler eller partikler, som bærer vigtige information om sundhed," sagde Tak-Sing Wong, en af ​​forskerne, og en postdoc i UCLA Engineering afdeling af mekaniske og Aerospace Engineering. "Hvis du sætter dette blod eller spyt på en overflade, og så det tørrer, vil disse partikler opsamles i en meget lille region i ringen. Ved at gøre det, kan vi kvantificere disse biomarkører af forskellige teledetektionsteknik, også selvom de er meget lille og i en lille mængde i dråber. "

Da vand fordamper fra en dråbe,. Partikler, der er suspenderet i væsken flytte til dråben kanter Når alt vandet er fordampet, er de partikler koncentreret i en ring rundt om pletten, som er efterladt. Men hvis en dråbe er lille nok, vil vandet fordampe hurtigere end partiklerne bevæge sig. I stedet for en ring, vil der være en forholdsvis ensartet koncentration i pletten, da partiklerne ikke har haft tid nok til at flytte ud til kanten, mens du stadig i væsken.

"Det er konkurrencen mellem tidsskalaen af ​​fordampning af dråben og tidshorisonten af ​​bevægelsen af ​​de partikler, der dikterer kaffe-ring formation," sagde Xiaoying Shen, papiret er ledende forfatter og en højtstående mikroelektronik stort på Peking Universitet i Kina, som arbejdede med disse eksperimenter mens på UCLA tværfaglige forskere i Science and Technology (CSST) program sidste sommer.

For at bestemme den mindste dråbestørrelse, som stadig vil vise en kop kaffe ring efter fordampning, forskerholdet fremstillet en speciel overflade belagt med et skakternet mønster, der spillede skiftevis hydrofile, eller vand-elskende, materiale og hydrofobe, eller vandafvisende, materiale.

Gruppen derefter placeret latex partikler, der spænder i størrelse fra 100 nanometer til 20 nanometer, i vand. Partiklerne var ens i størrelse til sygdom-markør proteiner, biosensorer ville kigge efter.

Gruppen vaskede den nye overflade med partikel-infunderes vand. Det resterende vand linet op som dråber på hydrofile pletter, meget gerne brikker på et skakbræt. Gruppen gentog forsøgene med mindre gitter mønstre indtil kaffe-ringen fænomenet ikke længere var indlysende. For 100-nanometer store partikler, skete dette på en dråbe diameter på cirka 10 mikrometer, eller omkring 10 gange mindre end bredden af ​​et menneskehår. På dette tidspunkt, fordampede vandet, før de partikler havde nok tid til at flytte til perimeter.

"At kende den mindste størrelse af dette såkaldte kaffe ring vil vejlede os i at gøre de mindste biosensorer muligt," Wong sagde. "Det betyder, at vi kan pakke tusinder, måske millioner af små mikro-biosensorer på en lab-on-a-chip, der tillader en at udføre en lang række medicinsk diagnostik på en enkelt chip. Dette kan også åbne dørene for potentielt afsløre flere sygdomme i et møde. "

"Der er en anden vigtig fordel - hele denne proces er meget naturligt, det er bare fordampning," Wong tilføjet. "Vi behøver ikke at bruge flere enheder, såsom en elektrisk strømkilde eller andre avancerede instrumenter til at flytte partiklerne. Fordampning giver en meget enkel måde at koncentrere partikler og har potentiale i medicinsk diagnose. For eksempel var forskere ved Vanderbilt University for nylig tildelt en Gates Fondens Forskningsenhed fond for at foreslå brugen af ​​kaffe-ring fænomen for malaria detektion i udviklingslandene. "

Forskerne er i øjeblikket optimere ringen dannelsen parametre og vil derefter undersøge anvendelsen af ​​denne fremgangsmåde mod biosensorer teknologier, der er under udvikling i Ho laboratorium.

Kilde: http://www.ucla.edu/

Last Update: 6. October 2011 17:21

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit