在自然或人造陽光的驅動下,一種新型的“微管泵”可以長距離輸送水滴。據中國研究人員在Angewandte Chemie雜志報道,該泵由一根管子組成,其特性可以通過輻射不對稱地改變。這導致內壁中的毛細管力和潤濕性梯度,它們一起工作以將水滴加速到特別高的速度。
現代分子分析和診斷方法通常與少量液體一起使用。微流體技術也已用于合成過程中,其中反應發生在微通道和小型化儀器中。為了將這么小的體積從一個地方精確地運輸到另一個地方,清華大學和中國北京的北京航空大學的科學家們開發了一種“微管泵”。
該泵由直徑約500μm的聚合物管組成。它由兩層組成:外層是聚二甲基硅氧烷(PDMS);與還原氧化石墨烯(rGO)混合,這是一種碳基納米材料,可以很好地吸收陽光。這產生的熱量傳遞到軟管壁的內層,該軟管壁由聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAm)制成,聚合物在室溫下形成水凝膠。它的聚合物鏈被打結成一個網狀物,當它吸收水分時膨脹。高于約32℃,水凝膠塌陷成致密的球體,使內壁具有疏水性。這也導致內層收縮,使管的內徑變大。
僅在一端照射管形成內壁的潤濕性梯度。此外,管的幾何形狀變得不對稱,因為內徑僅在照射端增加。毛細管力使水滴向較小直徑端移動 - 未被照射的端部。照射端處內壁的潤濕性降低進一步加速了水滴。這兩種機制的協同作用導致高速,這可以通過改變照射強度來控制。照射后,管子很快冷卻。水凝膠恢復到原始狀態,準備再次照射。
柔性材料允許生產米長的直管或彎管,可以長距離連續輸送水。還可以制備可以在不同位置同時或依次照射的分支系統。例如,這允許含有不同試劑的單個液滴以特定順序運輸并組合 - 并且可以用于診斷測試或當水滴用作化學反應的微反應器時。
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原文標題:利用陽光作為動力源,“微管泵”快速控制微流體
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