Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Микрофлюидика: безграничные возможности

Ключевые слова:  микрофлюидика

Опубликовал(а):  Гудилин Евгений Алексеевич

30 декабря 2008

Микрофлюидика - развивающееся междисциплинарное направление исследований, которое позволяет делать очень многое - от аналогового компьютера, устойчивого к электромагнитному импульсу ядерного взрыва, до совершенных полифункциональных биосенсорных чипов, lab-on-chip и биосовместимых поверхностей медицинских имплантантов. Ее развитие в последнее время все чаще связывают и с развитием нанотехнологий. Ниже приведена одна из фундаментальных работ, которая обещает новые громкие достижения в этой уникальной области...

Гидрофобизация твёрдой поверхности снижает сопротивление течению жидкостей вблизи неё благодаря гидрофобному скольжению. К сожалению, этот эффект проявляется только в наномасштабе и не может существенно повлиять на потоки в устройствах для микрофлюидики. Куда более эффективное уменьшение вязкого сопротивления, проявляющееся и в микромасштабе, может быть достигнуто при использовании супергидрофобных поверхностей. Это связано с тем, что такая поверхность содержит захваченные микро- или нанотекстурой (узором) газовые участки, вдоль которых жидкость течёт практически без трения (гигантское скольжение). Однако супергидрофобная поверхность гетерогенна, включая в себя твёрдые гидрофобные участки с малым скольжением, и, в общем случае, анизотропна. Поэтому расчёт и оптимизация эффективного скольжения по супергидрофобной текстуре представляет собой чрезвычайно сложную математическую задачу. В результате до сегодняшнего дня проблема была решена только для отдельных простейших случаев, что ограничивало теоретические рекомендации по рациональному дизайну супергидрофобных текстур и их использование в микро- и нанофлюидике.

Интернациональным коллективом исследователей в составе Франсуа Фёйбуа (Парижская высшая индустриальная школа физики и химии, Франция), Мартина Базанта (Университет Стэнфорда и Массачусеттский технологический институт, США) и Ольги Виноградовой (Институт физической химии и электрохимии им. А.Н.Фрумкина РАН, Россия) было предложено общее решение задачи об эффективном скольжении по супергидрофобным стенкам, которое позволило описать и оптимизировать течение в тонком канале для микрофлюидики. Вместо точного анализа течения жидкости вблизи гетерогенных участков авторы предложили рассчитать эффективную проницаемость системы с использованием методов современной теории гетерогенных сред и затем искать решение для эффективной длины скольжения в форме математических границ.

Среди всех возможных супергидрофобных текстур, анизотропная упорядоченная ламеллярная («страйпы») обеспечивает максимально допустимое (или минимальное) скольжение в случае параллельной (или перпендикулярной) ориентации относительно градиента приложенного давления. Для изотропных текстур авторы предсказали более узкую «вилку» для эффективного скольжения. Интересно, что граница максимального скольжения для изотропных стенок супергидрофобных каналов соответствует точным решениям для известных в других областях физики гетерогенных структур: фракталу Хашина-Штрикмана и периодической сотовой (что, в частности, предлагает использование графена). Замечательным результатом работы является то, что для некоторых каналов «вилка» разрешённых значений эффективного скольжения оказывается настолько узкой, что метод математических границ позволяет найти практически точное решение задачи, избегая сложных гидродинамических расчётов. Помимо этого, авторы показали, что, управляя параметрами поверхностной текстуры тонкого канала, можно достигнуть состояния «сверхтекучести» водных растворов, так как из-за гигантского эффективного скольжения течение в канале становится плоским («plug-flow»), а вязкое трение практически полностью отсутствует.

Эти и другие изложенные в статье результаты открывают широкие возможности для рационального дизайна супергидрофобных поверхностей для микро- и нанофлюидики.

Работа «Effective slip over superhydrophobic surfaces in thin channels»опубликована в Phys. Rev. Letters. Авторы, тем временем, не намерены останавливаться на достигнутом. Они говорят о возможности дальнейшего усиления эффекта супергидрофобного скольжения при электрокинетическом течении вблизи супергидрофобных стенок, а также об использовании предложенного подхода для оптимизации поперечных течений, что позволит создать хаотические миксеры и сепараторы на основе «интеллегентных» супергидрофобных каналов.

Prof. Dr. Olga I. Vinogradova, Director, Laboratory of Physical Chemistry of Modified Surfaces A.N.Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry Russian Academy of Sciences, Leninsky Prospect 31, 119991 Moscow, Russia, Phone: +7 (495) 9554603, email: oivinograd at yahoo.com (ИФХЭ РАН)

Прикрепленные файлы:
texture11.pdf (412.36 Кб.)

Оригинальная статья.

 
RAS2008[1].pdf (3.86 Мб.)

Информация о российской группе и ее лидере.

 


Источник: ИФХЭ РАН, Нанометр



Комментарии
Владимир Владимирович, 30 декабря 2008 23:40 
Курилин Сергей Леонидович, 31 декабря 2008 01:55 
А чем "плоское" течение отличается от ламинарного?
Владимир Владимирович, 31 декабря 2008 03:51 
"Плоское" течение - забавный перевод «plug-flow», подразумевает постоянный профиль скорости потока (то есть ярко выраженное проскальзывание на внешней границе потока). Плоское течение по определению является ламинарным. В ламинарном течении нет перемешивания слоев, но профиль распределения скоростей потока может быть более произвольным (чаще всего на практике используется параболический).
Зайцев Дмитрий Дмитриевич, 31 декабря 2008 08:51 
А ссылка на Nature Nanotechnology...
Курилин Сергей Леонидович, 31 декабря 2008 16:46 
Спасибо за разъяснение
Ещё забавнее рассматривать "плоское" течение например в круглой трубе.
Совсем по военному получится: плоское - катить, круглое - тащить.
Представляю, каково всё это детям объяснять.
А почему "флюидика" а не, например, флуорика (флюорика). Сразу бы и за фтор-гидрофоб порадовались
Владимир Владимирович, 31 декабря 2008 18:10 
А затычка ("plug") будет работать и в круглой трубе: как раз, как пробка в бутылке. И если создать или супергидрофобную поверхность, или значительное давление потока, то получится, как пробка в бутылке шампанского (эксклюзивно на правах новогодних аналогий ).
С Новым Годом!!
А флюидика - от слова "fluid", в одном из значений «психический ток», излучаемый человеком.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Магнитные жидкости. Шар с сюрпризом.
Магнитные жидкости. Шар с сюрпризом.

Конкурс СЗМ-изображений 2017 от компании НТ-МДТ Спектрум Инструментс
Примите участие в конкурсе, поделитесь своими результатами с мировым СЗМ-сообществом и получите ценные призы!

Лауреатом премии Rusnanoprize 2017 стал создатель высокоэффективных солнечных ячеек Михаэль Гретцель
Обладателем международной премии в области нанотехнологий Rusnanoprize 2017 за разработки в области наноматериалов и модификации поверхностей стал швейцарский учёный Михаэль Гретцель. Торжественная церемония награждения лауреата состоялась на Форуме «Открытые инновации».

Школа на ладони: у нас есть из чего строить будущее!
В начале октября 2017 года стартовала XI осенняя сессия конкурсной образовательной программы для школьников «Школа на ладони»

Вспомнить все (total recall). Часть 3. Методы исследований в нанотехнологиях (практика)
Коллектив авторов
В третьей части рассматриваются экспериментально - практические материалы, связанные с методами анализа продуктов нанотехнологий, в том числе стандартные аналитические, физико – химические и структурные методы анализа. Участники могут изучать отдельно данный курс или комбинировать его с двумя предыдущими.

Вспомнить все (total recall). Часть 2. Решение задач и проектная работа (образование и самоподготовка)
Коллектив авторов
Во второй части рассматриваются обзорные материалы материалы по нанотехнологическому образованию и проектной деятельности (Раздел А), текстовый и иллюстративный материал по образовательным и социальным аспектам с сфере нанотехнологий (Раздел Б), а также самый важный раздел для подготовки к Олимпиадам данной серии, содержащий сборники заданий и решений за 10 олимпиадных лет (Раздел В).

Вспомнить все (total recall). Часть 1. Наноматериалы и нанотехнологии (теоретические аспекты)
Коллектив авторов
В первой части рассматриваются теоретические материалы, сгруппированные по важнейшим темам (Раздел А), уровню сложности (Раздел Б), для свободного чтения по основным группам рубрикатора РОСНАНО (Раздел В), а также для прохождения викторин самоконтроля (Раздел Г).

Система практик ФНМ МГУ
А.Б.Тарасов, А.В.Кнотько, Е.А.Гудилин

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!

Проектная работа

Сегодня становится все более популярной так называемая проектная работа школьников, однако на этот счет есть очень разные мнения. Мы были бы признательны, если бы Вы высказали кратко свое мнение по этому поводу путем голосования. Заранее благодарны!

Закон о реформировании РАН

В Совместном заявлении Совета по науке и членов Общественного совета Минобрнауки предлагается отозвать нынешний проект закона о "реформировании" РАН из Государственной думы и вернуться к его рассмотрению с соблюдением процедуры утвержденной постановлением Правительства РФ №851 от 25.08.2012, и указом Президента РФ №601 от 07.05.2012, которая была грубо нарушена. Мы предлагаем Вам высказать (анонимно) свое мнение в данном опросе, чтобы его статистические результаты были видны всем участникам опроса и общественности.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.