Des scientifiques de l'Institut indien des sciences (IISc) ont développé une nouvelle technique pour encapsuler des gouttelettes de liquide utilisées pour diverses applications, notamment la croissance de monocristaux et la culture cellulaire.
La technique exploite l’effet capillaire – la montée d’un liquide à travers un espace étroit – pour enrober les gouttelettes dans une coque composite contenant des particules hydrophobes et oléophiles. Il offre la possibilité d’ajuster l’épaisseur de la coque sur une large plage, permettant l’encapsulation de gouttelettes de différentes tailles. L'étude a été publiée dans Nature Communications .
Les gouttelettes sont importantes dans divers domaines. "Dans les microréacteurs, les gouttelettes peuvent être utilisées pour créer différents environnements de réaction ou mélanger différents produits chimiques. Dans les systèmes d'administration de médicaments, les gouttelettes peuvent être utilisées pour administrer des médicaments ou d'autres agents à des tissus ou organes spécifiques. Dans les études de cristallisation, les gouttelettes peuvent être utilisées pour contrôler la croissance des cristaux. Et dans les plates-formes de culture cellulaire, les gouttelettes peuvent être utilisées pour faire croître des cellules dans un environnement contrôlé, ce qui peut contribuer à améliorer la viabilité et la prolifération cellulaire », explique le chercheur principal Rutvik Lathia, Ph.D. étudiant au Centre de Nanosciences et d'Ingénierie (CeNSE), IISc.
Cependant, l’utilisation de telles gouttelettes présente plusieurs défis. Ils sont vulnérables à la contamination de l'environnement ambiant, la facilité et le succès d'un processus particulier dépendent beaucoup de la surface sur laquelle ils tombent, et ils peuvent disparaître dans les airs assez rapidement.
Bien qu'encapsuler des gouttelettes avec des liquides ou des solides qui ne se mélangent pas avec les gouttelettes (comme les gouttelettes d'eau à l'intérieur d'une coque d'huile) est une solution plausible pour éviter ces problèmes, créer une coque robuste, continue et d'épaisseur réglable à un très petit niveau. l'échelle s'est avérée insaisissable jusqu'à présent.
Pour relever ces défis, Prosenjit Sen, professeur agrégé au CeNSE, et son équipe ont développé une nouvelle méthode de masquage assistée par force capillaire pour piéger les gouttelettes dans les particules colloïdales et les surfaces infusées de liquide.
Tout d’abord, ils ont soigneusement recouvert les gouttelettes de petites perles hydrophobes et oléophiles, les transformant en ce qu’ils appellent des billes liquides (LM). Lorsque ces LM sont conservées sur des surfaces infusées d’huile, les forces capillaires entrent en jeu, permettant à l’huile de remonter dans de minuscules pores créés entre les billes individuelles. Ces billes jouent un rôle crucial en favorisant et en stabilisant la formation d’un film liquide autour de la gouttelette, l’encapsulant efficacement. Les chercheurs ont également pu utiliser de la cire au lieu de l'huile pour créer une coque solide en ajustant la température.
Une telle encapsulation a réduit le taux d’évaporation des gouttelettes jusqu’à 200 fois, augmentant ainsi la durée de vie de ces gouttelettes, a découvert l’équipe. Ils ont également pu ajuster l’épaisseur de la coque de manière flexible sur une large plage, de 5 μm à 200 μm. Cela leur a permis d'accueillir des gouttelettes avec des volumes allant de 14 nL à 200 μL.
« Notre méthode d'encapsulation de gouttelettes introduit une multitude de nouvelles opportunités dans le domaine des applications liées aux gouttelettes. La nature réglable des coques, solides et liquides, permet un contrôle précis de divers paramètres, ce qui la rend polyvalente pour des applications en chimie, biologie. et la science des matériaux", déclare le sénateur.
Les chercheurs ont utilisé ces gouttelettes enrobées pour faire croître avec succès des monocristaux. Ils pourraient également utiliser les gouttelettes enrobées pour des applications biologiques telles que la culture cellulaire 3D et la culture de cellules de levure en laboratoire avec des taux de réussite améliorés.
"Jusqu'à présent, nous sommes en mesure de fabriquer des capsules solides à base de cire et des capsules liquides à base d'huile", ajoute Sen. "Maintenant, nous étudions de nouveaux matériaux pour former des capsules ayant des propriétés différentes qui pourraient améliorer davantage l'accordabilité, comme les capsules à base de polymère."
Plus d'informations : Rutvik Lathia et al, Encapsulation réglable de gouttelettes sessiles avec des coques solides et liquides, Nature Communications (2023). DOI :10.1038/s41467-023-41977-1
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par l'Institut indien des sciences
