Posted in | Nanoanalysis | Nanofluidics

Microminiaturized συσκευή που μπορεί να πραγματοποιήσει πολύπλοκες μετρήσεις ιξώδους

Published on August 31, 2010 at 8:38 PM

Ερευνητές από το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) έχουν καταδείξει μια microminiaturized συσκευή που μπορεί να πραγματοποιήσει πολύπλοκες μετρήσεις ιξώδους-κρίσιμα δεδομένα για ένα ευρύ φάσμα τομέων που ασχολούνται με πράγματα που έχουν να ρέει-σχετικά με το μέγεθος του δείγματος τόσο μικρό όσο ένα μερικά nanoliters. Επί του παρόντος ένα τραπέζι-top πρωτότυπο, το rheometer NIST θα μπορούσε να είναι ένα ιδιαίτερα πολύτιμο εργαλείο για τη μελέτη βιοτεχνολόγοι μικρές ποσότητες των σύνθετων υλικών που πρέπει να λειτουργεί σε περιορισμένους χώρους.

Ιξώδες, ελαστικότητα και πώς τα υλικά της ροής, όταν υπόκεινται σε ισχύ, αποτελεί αντικείμενο της ρεολογία, και οι μετρήσεις λένε πολλά για ένα περίπλοκο υλικό σαν τζελ. Είναι περισσότερο σαν ένα υγρό ή ένα στερεό; Με πόσο και υπό ποιες προϋποθέσεις; Το δημοφιλές παιχνίδι Silly Putty ™ είναι ένα κλασικό παράδειγμα των σύνθετων ιξωδοελαστικότητα, αναπηδώντας καλύτερα από μια λαστιχένια μπάλα κάτω από μια απότομη, ξαφνική δύναμη αλλά κατρακυλώντας σε μια λακκούβα, όταν μένουν μόνοι.

Το NIST MEMS που βασίζεται rheometer (. Κάντε κλικ για να ανακτήσετε το αρχείο mpg της συσκευής σε δράση) Η κινητή πλάκα ελέγχεται από στοιχεία θερμαντικών ηλεκτρικών αντιστάσεων στην Chevron-όπως δομή στην κορυφή? Διαστολή και τη συστολή των πτερυγίων την πλάκα να ανεβάσουμε και προς τα κάτω. Κεντρική πλατεία, όπου το δείγμα θα υπόλοιπο είναι περίπου 500 μικρόμετρα απέναντι. Credit: Christopher / NIST

Ένας συνηθισμένος τρόπος για να κάνει δυναμική μετρήσεις ρεολογία (πώς αλλάζει η συμπεριφορά με την ταχύτητα ή τη συχνότητα της δύναμης που ασκείται) είναι με μια αρκετά μεγάλη όργανο εργαστήριο που παγιδεύει ένα δείγμα τεστ ανάμεσα σε ένα σταθερό πιάτο και ένα που κινείται, και των μέτρων πόσο το λεπτό στρώμα του υλικό αντιστέκεται είναι παραμορφωμένα. Τυπικά μεγέθη των δειγμάτων είναι γύρω από ένα ζευγάρι των χιλιοστόλιτρων, η οποία δεν ακούγεται πολύ, αλλά, λέει ο επιστήμονας πολυμερές Christopher Gordon, για κάποιους ερευνητές είναι ένα σωρό.

"Πολλοί άνθρωποι στην βιοεπιστήμες κάνουν πολύ σύνθετα ρευστά σχεδιαστών με βάση τις πρωτεΐνες, όπου μπορείτε να κάνετε μόνο 10 ml κάθε φορά. Πολυπεπτίδιο υδροπηκτές για την παράδοση των ναρκωτικών ή αντικατάσταση ιστών, για παράδειγμα," εξηγεί ο Κρίστοφερ. "Συμπεριφορές ροή τους είναι πολύ περίπλοκη και θα πρέπει πραγματικά να τους καταλάβουμε, αλλά σε ένα παραδοσιακό rheometer δείγμα σας για μία μόνο δοκιμασία είναι ένα μεγάλο ποσοστό αυτό που μόλις πέρασε δύο μήνες που."

Εμπνευσμένος από μια ομιλία από έναν επιστήμονα NIST εργάζονται για το σχεδιασμό των νέων τοποθέτηση νανο microelectromechanical συστήματα (MEMS), ο αρχηγός της ομάδας Kalman Migler και οι συνεργάτες του ξεκίνησαν μια συνεργασία για να δημιουργήσουν μια συσκευή MEMS που αναπαραχθεί ένα κλασικό συρόμενη πλάκα δυναμική rheometer-αλλά σε ένα διάστημα περίπου ένα εικοστό του μεγέθους ενός γραμματοσήμου. Το μέγεθος του δείγματος της rheometer MEMS είναι περίπου 5 nanoliters. «Με τη συσκευή μας, αν μου έδωσε ένα χιλιοστόλιτρο του δείγματος, θα μπορούσα να σας δώσει πίσω εκατοντάδες δοκιμές," λέει ο Christopher.

Εξίσου σημαντικό, λέει, η rheometer MEMS δοκιμές εγγενώς υλικά όταν αυτά περιορίζονται σε ένα πολύ μικρό χώρο. Για πολλές βιολογικές εφαρμογές όπου το υλικό που προορίζεται να χρησιμοποιείται σε κλειστούς περιοχή σαν ένα αιμοφόρο αγγείο ή στο εσωτερικό του κυττάρου-ή πρέπει να ενίεται μέσω μια λεπτή βελόνα, η κατανόηση των χαρακτηριστικών της ροής των μικρών ποσών σε ένα μικρό χώρο είναι πιο σημαντική από το να γνωρίζουμε πώς συμπεριφέρεται χύμα.

Νωρίς rheometers MEMS του NIST πρωτότυπο περιλαμβάνει μόνο τον πυρήνα συρόμενο μηχανισμό πλάκα για το τσιπ MEMS, και βασίζονται σε ένα μικροσκόπιο και κάμερες υψηλής ταχύτητας για τη πραγματικές μετρήσεις. Σε μια πιο γυαλισμένο έκδοση, σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, τα απαραίτητα αισθητήρες θα μπορούσαν να συμπεριληφθούν στο τσιπ και ολόκληρου του μέσου μειώνεται σε μια φορητή συσκευή για, π.χ., η ποιότητα των μετρήσεων ελέγχου σε ένα πάτωμα εργοστάσιο. Το NIST MEMS δυναμική rheometer περιγράφεται σε ένα νέο έγγραφο στο εργαστήριο σε ένα τσιπ .*

* GF Christopher, JM Yoo, Ν. Dagalakis, SD Hudson και KB Migler. Ανάπτυξη aMEMS βασίζεται δυναμική Rheometer. Lab Chip, το 2010, το άρθρο Advance. DOI: 10.1039/C005065B.

Last Update: 5. October 2011 11:16

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