Ученые предложили метод, который поможет создавать искусственные биологические ткани

Статья «Транспорт и сборка микрочастиц через потоки Марангони в режимах нагрева и охлаждения» сотрудников Научно-исследовательской лаборатории фотоники и микрофлюидики ТюмГУ Мохамеда Аль-Музайкера, Натальи Ивановой, Виктора Флягина и физика из НИЯУ МИФИ Петра Лебедева-Степанова вышла в журнале «Коллоиды и поверхности А: физико-химические и технические аспекты».

Манипулирование микрочастицами, взвешенными в жидкой среде (включая твердые частицы, полимеры, клетки, мицеллы и белки), а также формирование самосборки желаемой структуры и морфологии на поверхности имеют решающее значение для химических и биомедицинских исследований, изготовления новых материалов, покрытия и очистки в электронной и оптической промышленности.

В большинстве случаев самосборка или агрегация частиц определяется действием капиллярных течений, переносящих частицы к областям интенсивного испарения в самопроизвольно испаряющихся жидкостях. Яркий пример спонтанной самоорганизации частиц в испаряющихся каплях — эффект кофейного кольца, когда кофейные частицы после высыхания капли образуют кольцевую структуру.

Сегодня подходы к формированию требуемых морфологий (паттернов) ансамблей частиц в испаряющихся коллоидных жидкостях можно разделить на пассивные и активные. Пассивные методы реализуются, например, созданием рельефа на поверхности травлением или литографией, или использованием масок для испарения в открытых системах, так называемой испарительной литографии. Однако у этих методов есть недостаток, связанный с невозможностью манипулирования частицами путем настройки параметров управления в реальном времени.

Активные методы — это воздействие на систему внешних раздражителей, например, акустических волн, инерционного поля, электрических магнитных полей. Звуковой эффект создает периодические поля давления (стоячие акустические волны), которые приводят к соответствующему распределению ансамбля частиц в большом масштабе. В последнее время точные акустические пинцеты необходимы для улавливания отдельных частиц.

Применимость методов, основанных на магнитных и диэлектрофорезных эффектах, ограничена специфическими свойствами (поляризуемость, восприимчивость, проводимость) частиц и среды. Использование оптических пинцетов обеспечивает высокоточное манипулирование одиночными частицами, но для управления множеством частиц требует сложной оптической установки и дорогостоящих оптических инструментов для временных и пространственных преобразований светового луча, которые не позволяют реализовать компактные приборы.

В этой работе предлагается метод манипулирования микрочастицами в слоях летучих жидкостей толщиной в сотни микрон, основанный на управлении потоками Марангони путем изменения знака градиента температуры в жидкости локальным действием источника тепла и теплоотвода.

Ученые наглядно продемонстрировали применимость метода для выполнения широкого круга манипуляций с ансамблями частиц: сборка частиц в круговые узоры на подложке при нагреве, перенос частиц от радиатора при охлаждении подложки, создание кольцеобразных узоров за счет изменения знака градиента температуры в процессе сборки частиц.

Работа была поддержана грантом Российского фонда фундаментальных исследований № 19−31−90099 и проектом Госзадания Министерства науки и высшего образования РФ № FEWZ-2020−0004.

Источник:

Управление стратегических коммуникаций ТюмГУ и сайт Naked Science