Американские исследователи разработали простую микрофлюидную систему на основе березовой фанеры. Для этого с помощью лазерной резки были созданы миниатюрные каналы, а затем их поверхность была покрыта гидрофобным материалом в виде тефлона, предотвращающим проникновение жидкости в тонкую структуру древесины. Статья, которая подробно описывает методику создания чипа и его характеристики, опубликована в авторитетном журнале Analytical Chemistry. Микрофлюидные устройства, как правило, представляют собой пластины с каналами шириной в десятки или сотни микрометров. В таких системах поведение жидкости существенно отличается от ее поведения в макроскопических трубах. Так, например, в микрофлюидных чипах преобладает ламинарное течение без турбулентности, что позволяет реализовать параллельное движение нескольких потоков с минимальным смешиванием. Данный эффект обусловлен увеличением роли вязкого сопротивления при течении жидкости в узких каналах.
Традиционно микрофлюидные чипы изготавливаются из полимеров или стекла, которые легко поддаются обработке и позволяют визуально наблюдать за движением жидкости во всех направлениях.
Сами применяемые материалы вместе с методами их обработки обуславливают достаточно высокую цену таких чипов, что повышает общую стоимость исследований. Ученые из Мэрилендского университета в Колледж-Парке под руководством Говинда Рао (Govind Rao) научились создавать микрофлюидные чипы из крайне доступного материала — березовой фанеры.
Исследователи выбрали для создания каналов углекислотный лазер. Компьютерную модель каналов загружали в лазерный резак, после чего он выжигал в древесине каналы шириной в миллиметр. Обычно микрофлюидные каналы имеют меньший размер, однако и при размере в миллиметр доминирующую роль могут играть эффекты, связанные с взаимодействием жидкости и поверхности канала, поэтому такое устройство корректно называть микрофлюидным. После создания каналов ученые покрывали древесину защитным слоем, чтобы жидкость не просачивалась в древесину. В качестве защитного слоя они опробовали несколько материалов: политетрафторэтилен (или тефлон), полиметилметакриллат и ацетилцеллюлозу. В итоге авторы остановились на тефлоне: он показал самое низкое смачивание.
Сравнение движения жидкости в T-образных каналах. Abhay Andar et al. / Analytical Chemistry
Сравнение движения жидкости в Y-образных каналах. Abhay Andar et al. / Analytical Chemistry
Авторы снимали чипы на камеру, а затем анализировали распределение цвета по кадрам. Потоки в чипах из обоих материалов вели себе схожим образом, хотя в чипе из древесины наблюдалось некоторое изменение потока по мере удаления от точки, где входные каналы соединяются. Таким образом, ученые показали, что потенциально древесину с полимерным покрытием можно использовать в микрофлюидике — хотя, вероятно, требуется доработка методов создания каналов для более стабильного поведения жидкости в них.
Ранее ученые уже использовали необычные материалы для создания микрофлюидных устройств. Например, в прошлом году американские ученые создали из кубиков LEGO модульную микрофлюидную платформу, элементы которой можно быстро менять местами, просто соединяя один блок с другим.
Автор: Григорий Копиев
Источник: https://nplus1.ru/
