Des gouttes de liquide rouge et bleu se déplacent le long de la surface supérieure et inférieure de la plate-forme vibrante UW à des vitesses allant jusqu'à 1 pouce par seconde. Cette image combinée montre des gouttes lorsqu'elles se déplacent vers le centre et fusionnent. Crédit :Karl Bohringer, UW
Alors que les chercheurs et les ingénieurs médicaux tentent de réduire les diagnostics pour qu'ils tiennent dans la poche d'une personne, une question est de savoir comment déplacer et mélanger facilement de petits échantillons de liquide.
Des chercheurs de l'Université de Washington ont construit et breveté une surface qui, lorsqu'il est secoué, déplace des gouttes le long de certains chemins pour effectuer des tests médicaux ou environnementaux.
"Cela nous permet de déplacer les gouttes aussi loin que nous le voulons, et dans tout type de mise en page que nous voulons, " a déclaré Karl Böhringer, un professeur UW de génie électrique et de bio-ingénierie. Le système low-cost, publié dans un numéro récent de la revue Matériaux avancés , nécessiterait très peu d'énergie et évite une éventuelle contamination en diluant ou en électrifiant les échantillons afin de les déplacer.
La technologie simple est une surface texturée qui a tendance à pousser les gouttes le long d'un chemin donné. Il est inspiré de l'effet lotus - un phénomène dans lequel la texture presque fractale d'une feuille de lotus donne l'impression de repousser les gouttes d'eau.
Il s'agit d'un gros plan de la surface UW montrant les bords de l'arc et les piliers adjacents. Crédit :Karl Bohringer, UW
"La feuille de lotus a une surface très rugueuse, dans lequel chaque grosse bosse a une plus petite bosse dessus, " Böhringer a déclaré. "Nous ne pouvons pas faire notre surface exactement la même qu'une feuille de lotus, mais ce que nous avons fait, c'est extraire l'essence de la raison pour laquelle cela fonctionne."
L'équipe de l'UW a utilisé des techniques de fabrication nanotechnologiques pour construire une surface avec de minuscules poteaux de hauteur et d'espacement variables. Lorsqu'une goutte repose sur cette surface, il fait si peu de contact avec la surface qu'il est presque parfaitement rond. Cela signifie que même un petit tremblement peut le déplacer.
Les chercheurs ont utilisé un haut-parleur ou une machine audio pour faire vibrer la plate-forme de 50 à 80 fois par seconde. La surface asymétrique déplace les gouttes individuelles le long de chemins prédéterminés pour se mélanger, modifier ou mesurer leur contenu. Changer la fréquence de vibration peut modifier la vitesse d'une goutte, ou peut cibler une goutte d'une certaine taille ou d'un certain poids.
"Tout ce dont vous avez besoin est une vibration, et faire ces surfaces est très facile. Vous pouvez le faire avec un morceau de plastique, " Böhringer a déclaré. "Je pourrais imaginer cela comme un appareil qui coûte moins d'un dollar - peut-être beaucoup moins que cela - et est utilisé avec des échantillons de salive, de sang ou d'eau."
En test, différentes versions du système UW pourraient déplacer les gouttes vers le haut, une descente, en cercles, à l'envers, ou joindre deux gouttes, puis déplacer l'échantillon combiné.
Une goutte de liquide repose sur la surface de silicium texturée qui a des échelons arqués pour guider la goutte, et une grille de piliers pour garder la goutte dans le canal. Crédit :Karl Bohringer, UW
Le type de système est connu sous le nom de "lab in a drop" :tous les ingrédients sont à l'intérieur de la goutte, et la tension superficielle agit comme le conteneur pour tout garder ensemble.
Un étudiant a essayé d'utiliser le haut-parleur d'un smartphone pour faire vibrer la plate-forme, mais jusqu'à présent, un téléphone ne fournit pas assez d'énergie pour déplacer les gouttes. Pour mieux s'adapter aux ondes audio à faible énergie, le groupe utilisera la machine de lithographie par faisceau d'électrons de l'UW pour construire une surface avec des poteaux jusqu'à 100 fois plus petits.
"Il y a de bonnes preuves, de ce que nous avons fait jusqu'à présent, que si nous réduisons tout, nous aurons besoin de moins d'énergie pour obtenir le même effet, " Böhringer a déclaré. "Nous imaginons un appareil que vous branchez sur votre téléphone, il est alimenté par la batterie du téléphone, une application génère le bon type de vibrations audio, et vous lancez votre expérience."
