Transportar gotitas en superficies sólidas a alta velocidad y larga distancia, incluso contra la gravedad, sin fuerza adicional ha sido una tarea formidable. Pero un equipo de investigación compuesto por científicos de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong CityU y otras tres universidades e institutos de investigación tieneRecientemente diseñó un nuevo mecanismo para transportar gotas a una velocidad y distancia récord sin entrada de energía adicional, y las gotas pueden moverse hacia arriba a lo largo de una superficie vertical, lo que nunca antes se había logrado. La nueva estrategia para controlar el movimiento de las gotas puede abrir un nuevo potencialen aplicaciones en dispositivos microfluídicos, dispositivos bioanalíticos y más allá.
Los métodos convencionales para transportar gotitas incluyen aprovechar el gradiente de humectación en la superficie para inducir una fuerza impulsora y mover la gotita de la superficie hidrofóbica a la hidrofílica. Sin embargo, la compensación fundamental de la hidrodinámica de gotitas subyacente impone limitaciones: el transporte de gotitas a alta velocidad requiereun gran gradiente de humectación y, a su vez, se limita a una corta distancia, mientras que una larga distancia de transporte exige un pequeño gradiente de humectación para reducir la fuerza adhesiva entre la superficie líquida y la sólida, y la velocidad de transporte se ve limitada.
Para superar estos desafíos, el Profesor Wang Zuankai del Departamento de Ingeniería Mecánica de CityU cooperó con el Profesor Xu Deng de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China UESTC y el Profesor Hans-Jürgen Butt del Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros MPI-P en Alemania, así como investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China USTC, han ideado una nueva estrategia que logra el transporte unidireccional y autopropulsado de gotas de líquido en diversos sustratos. Su trabajo demuestra un rendimiento sin precedentes.: la velocidad de transporte más alta 1.1m / s, que es diez veces más alta que la literatura reportada, y la distancia de transporte más larga, en principio ilimitada.
Manipulación de la densidad de carga superficial
La clave de este avance radica en la manipulación de la carga superficial a través del contacto líquido, que se realizó por primera vez. El equipo de investigación arrojó primero una cadena de gotas de agua sobre el superamphipóbico especialmente diseñado tanto súper agua como aceiterepelente superficie que habían desarrollado antes. Al impactar en la superficie, las gotas se extendieron, retrajeron y rebotaron inmediatamente de la superficie. Esto resultó en la separación de electrones de las gotas, y la superficie impactada se cargó negativamente.
Al ajustar la altura desde la que cayeron las gotas sobre la superficie, la densidad de carga superficial en la superficie cambió gradualmente, formando un gradiente.
Cuando una gota se colocó posteriormente en esa superficie, el gradiente de densidad de carga superficial actuó como una fuerza impulsora. La gota se autopropulsaba y se movía hacia la dirección de mayor densidad de carga.
A diferencia de los gradientes químicos o morfológicos que son difíciles de cambiar una vez que se crean, el gradiente de densidad de carga se puede cambiar fácilmente, lo que permite la reprogramación de las rutas de movimiento de gotas. La investigación demuestra que puede transportarse gotas de alta velocidad y muy largas.estimulado a temperatura ambiente y no requiere energía extra.
Dicho transporte de gotas no solo se manifiesta en superficies planas, sino también en las flexibles y colocadas verticalmente. Además, se pueden transportar varios líquidos, incluidos aquellos con baja tensión superficial, baja constante dieléctrica, soluciones de sangre y sal.
Potencial de aplicación en dispositivos microfluídicos
"Visualizamos que nuestra innovación en el uso del gradiente de densidad de carga superficial para programar el transporte de gotas, que no se exploró antes, abrirá una nueva dirección de investigación y potencial en aplicaciones. Por ejemplo, en biomedicina, el diseño de superficies conEl gradiente de densidad de carga preferencial puede influir en la migración celular y otros comportamientos ", dijo el profesor Wang. El profesor Deng también dijo que esta estrategia podría aplicarse en dispositivos microfluídicos de laboratorio en un chip y dispositivos bioanalíticos, así como en los campos deciencia de materiales, dinámica de fluidos y más allá.
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Materiales proporcionados por Universidad de la ciudad de Hong Kong . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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