Диод для микрофлюидики.
Источник: L. Li et al., Phys. Rev. Lett. (2015)

Ученые использовали массив гидрофобных и гидрофильных наноканалов для создания жидкостного диода на микромасштабе

Диод является широко распространенным элементов в традиционной электронике, основной функцией которого является пропускание тока только в одном направлении (в обратном направлении ток не проходит). Однако создание диода, к примеру, для контроля потока обыкновенной жидкости оказалось непростой задачей, особенно такого, который не имел бы движущихся частей, не требовал бы внешнего питания и работал на микромасштабе.

До сих пор для нужд микро- и нанофлюидики использовались микровентили (которые зачастую ломались) и пассивные элементы с различным пропусканием жидкости в прямом и обратном направлении, работающие лишь с отдельными типами жидкостей (гелями и полимерами). В новой работе ученым из Гонконгского университета науки и технологий, похоже, удалось создать универсальное устройство, удовлетворяющее всем перечисленным выше требованиям. Оно состоит из массива двухсот наноканалов с отверстиями, которые гидрофильны на одном конце (т.е. хорошо смачиваются водой) и гидрофобны на другом (т.е. стремятся отталкивать капельки воды). В качестве гидрофильного материала используется обыкновенное стекло (диоксид кремния), а в качестве гидрофобного - оксид алюминия. Этот массив соединен с большими по размеру микроканалами, наполненными деионизованной водой (схема устройства показана на приведенных рисунках).

Флюоресцентная фотография экспериментального образца. Источник: L. Li et al., Phys. Rev. Lett. (2015)

Срез микроканала под электронным микроскопом и флюоресцентная фотография экспериментального образца. Источник: L. Li et al., Phys. Rev. Lett. (2015)

В проведенном эксперименте ученые изменяли давление жидкости по разные стороны диода и измеряли ее поток через диод в обоих направлениях. Для давлений ниже 6 атмосфер (1 атмосфера = 100 килопаскалей) устройство пропускало воду только в одном направлении - от гидрофильных поверхностей к гидрофобным, а потом в обратном направлении был ограничен благодаря молекулярному отталкиванию на гидрофобном конце. При увеличении приложенного давления жидкость начинала течь и в обратном направлении, но с гораздо меньшей скоростью, чем в прямом. Такой характер работы диода наблюдался вплоть до давлений в 30 атмосфер, где поток в обе стороны становился одинаковым.

Схема эксперимента с жидкостным диодом.

Схема эксперимента с жидкостным диодом.
Источник: L. Li et al., Phys. Rev. Lett. (2015)

Продемонстрированное учеными устройство может найти широкое применение при создании так называемых лабораторий-на-чипе, которые в последнее время стремительно развиваются, и легко интегрировано в существующие разработки. А процесс изготовления микроканалов отлично проиллюстрирован на рисунке ниже.

Процесс изготовления наноканалов.

Процесс изготовления наноканалов.
Источник: L. Li et al., Phys. Rev. Lett. (2015)

 

Источник: http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.115.134503

Оригинальная статья: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.115.134503

Наше сообщество Вконтакте: https://vk.com/makeitquantum