小さな粒子用バルブ

Anonim

新たに開発されたナノバブルは、液体中の個々のナノ粒子の流れを小さなチャネルで制御することを可能にする。 これは材料科学や生物医学などのラボ・オン・ア・チップ・アプリケーションにとって重要です。

チューリッヒの研究者は、液体中の個々のナノ粒子を分離して選別することを可能にする小さなバルブを開発しました。 このバルブは、個々の金属および半導体ナノ粒子、ウイルス粒子、リポソームおよび抗体などのより大きな生体分子を含む、非常に広い範囲の小さな粒子に使用することができる。

ナノバルブは、タップのようにパイプラインの流れを機械的に閉じたり開いたりするために使用される従来のバルブとは異なる働きをします。 「これらの機械式バルブは小型化することができますが、ナノスケール用途には必要としません」と、ETH教授のプーリカコスは説明します。 「チャンネルが数十マイクロメートルよりも薄いと、機械的に閉鎖されず規則正しく開けられない」

電極のボトルネック

超薄チャンネルでナノ粒子の流れを開閉するために、ETHの科学者は電気力を利用しました。 彼らは、シリコンチップにエッチングされたチャンネルで働いていました。 これらの直径はわずか300〜500ナノメートルで、人間の髪の毛の直径の100分の1未満でした。 彼らは、ナノリソグラフィを用いてこれらのボトルネックの両側に電極を配置することにより、所望のバルブ位置でチャネルを狭くすることによって、これらのチャネル内にナノバルブを構築した。

純粋な水中のナノ粒子は単にボトルネックを通過することはできません。 それらのために、その基本状態の弁は閉じられている。 特定の方法で電極を作動させることにより、ボトルネック内の電界を変化させることができる。 これは存在するナノ粒子に作用する力をもたらし、ボトルネックを介して粒子を押す。これが弁が「開かれた」方法である。

しかし、生理食塩水中のナノ粒子は、異なった挙動を示します。基本状態でボトルネックを通過することができます。そのため、バルブは開いています。 しかし、科学者たちがこれらの粒子を交互電界の巧みな応用によって電極に止めることができることを示すことができた。 このようにして、例えば、自然界および実験室の両方で生理食塩水に通常存在するウイルス、リポソームおよび抗体などの生物学的粒子を容易に操作することができる。

振動するナノ粒子の制御

「ブラウン運動がナノスケールで作用するため、液体中の個々のナノ粒子を調べることは基本的に困難です」とプーリカコスの上級科学者Hadi Eghlidiは説明します。 小さな粒子は静止したままではなく、その直径の何倍もの運動半径で常に振動する。 しかし、2つ以上のバルブの間の小さな空間に分子を捕捉し、顕微鏡などで調べることができます。

概念の証明の一環として、科学者たちは、シリコンチップ上の接合部と3つのバルブを使ってアイソレーションとソートロックを準備しました(上の図を参照)。 接合部で個々のナノ粒子を捕捉して検査することができます。 次いで、バルブを制御して、粒子が2つの出口チャネルのうちの1つを通ってシステムを離れるようにし、液体中のナノ粒子を2つのクラスに分類することができる。 チューリッヒ大学の同僚と共同で、ETHの研究者は直径10ナノメートルの小型半導体ナノ粒子(量子ドット)と抗体を操作するのに成功しました。

Lab-on-a-chipアプリケーション

科学者たちが強調しているように、原理的には、シリコンチップ上に任意の数の制御可能なバルブを備えた複雑なナノチャネルシステムを配置することが可能です。 「電極の電場を微調整することにより、将来的にフィルターをフィルターとして使用して、特定の物理的性質を持つ粒子を通過させ、他のものを妨げることが可能になります」とPoulikakosの博士課程の学生であるクリスチャン・ホラーは言います。グループ。

科学者たちは、パートナーと一緒にこの技術をさらに発展させて、標準的な研究のための準備を整えたいと考えています。 小さなチップ上の粒子をソートすることが可能になるので、例えば材料科学、化学または生物医学に関心があります。 この技術を使用して、合成または生物学的粒子を微視的に検査するか、または医薬品の影響下でそれらを分析することも可能である。

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