悉尼大学了解到 纳米气泡是通往更好医疗设备的途径
发布时间：2022-01-25 浏览次数：417
悉尼大学(The University of Sydney)是坐落于澳大利亚乃至整个南半球金融中心, 贸易中心以及旅游中心悉尼市的一所世界顶尖级研究学府，被媒体誉为世界最漂亮的大学校园之一。历史悠久的悉尼大学亦被媒体称为“澳大利亚第一校”，同时也是世界大学联盟、环太平洋大学联盟、澳大利亚八校联盟、亚太国际贸易教育暨研究联盟的核心成员。
悉尼纳米科学家见证了自发的纳米气泡形成
大学科学家发现，微小的气泡有助于减少小型医疗设备的阻力。阻力会导致生物样本堵塞和损坏，因此这一发现可能为更强大的设备铺平道路。
悉尼大学纳米研究所和化学学院的研究人员发现，微小的气泡——纳米气泡只有十亿分之一米高——在意想不到的情况下会在表面形成，为减少小型设备的阻力提供了一种新方法。
由于高压，微型装置内的液体阻力会导致内部生物污染（不需要的生物材料的积累）或损坏生物样品，例如细胞。因此，这一发现可能为开发更好的医疗诊断工具铺平道路，例如进行 DNA 分析或用于疾病病原体生物医学检测的芯片实验室设备——包括 PCR 测试。
由Chiara Neto 教授领导的团队开发了纳米工程皱纹涂层，与名义上的“光滑”固体表面相比，该涂层可减少高达 38% 的阻力。光滑的涂层，一旦注入润滑剂，也能高度抵抗生物污染。
使用原子力显微镜——一种非常高分辨率的扫描显微镜——研究小组发现，由于纳米气泡的自发形成，通过具有这些表面的微结构通道的流体能够以较低的摩擦力滑过，这是一种以前从未描述过的现象.
结果发表在本周的《自然通讯》上。
潜在的医疗应用
许多医疗诊断工具依赖于对微量液体形式的生物和其他材料的小规模分析。这些“微流体装置”使用微通道和微反应器，其中通常在化学或病理学实验室中大规模进行的反应以小型化规模进行。
分析更少量的材料可实现更快、更有效的诊断。然而，微流体装置的问题在于，由于液体与通道固体壁的摩擦，流体流动显着减慢，从而产生很大的流体动力阻力。为了克服这个问题，这些设备会施加高压来驱动流动。
反过来，这些设备内部的高压不仅效率低下，而且还会损坏设备中的脆弱样品，例如细胞和其他软材料。此外，固体壁很容易被生物分子或细菌污染，导致通过生物污染快速降解。
解决这两个问题的方法是使用纳米级孔隙捕获少量润滑剂的表面，形成光滑的液体界面，从而减少流体动力阻力并防止表面结垢。
实际上，注入液体的表面用液体壁代替了固体壁，允许具有较低摩擦力的第二种液体流动，需要较低的压力。然而，这些注入液体的表面的工作机制尚不清楚，因为据报道，这些表面提供的摩擦减少比基于理论预期的要大 50 倍。
纳米气泡来拯救？
Neto 教授和她的团队描述了他们如何在微流控设备上形成注入液体的壁，通过开发纳米工程皱纹涂层，与固体壁相比，该涂层可减少高达 38% 的阻力。该团队包括：博士生 Chris Vega-Sánchez，过去三年的工作重点是微流体；Sam Peppou-Chapman 博士，液体注入表面专家；和原子力显微镜专家朱立文博士，这使科学家们能够看到十亿分之一米。
通过进行微流体测量，研究小组发现，新的光滑表面相对于固体表面将阻力降低到只有在表面注入空气而不是粘性润滑剂时才能预期的程度。对成功的减阻不满意，该团队致力于证明表面引起滑动的机制。
他们通过使用原子力显微镜扫描水下表面来做到这一点，使他们能够成像纳米气泡的自发形成，表面只有 100 纳米高。它们的存在定量地解释了在微流体中观察到的巨大滑移。
部分显微镜工作是使用悉尼大学澳大利亚显微镜和微量分析中心的设施完成的。
内托教授说：“我们想了解这些表面工作的基本机制，并突破它们的应用界限，特别是在能源效率方面。现在我们知道为什么这些表面很滑且减阻，我们可以专门设计它们。
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