En science des matériaux, la mouillabilité de surface d'un biomatériau peut être mesurée en utilisant l'angle de contact avec l'eau de surface comme une caractérisation importante de son hydrophilie ou de son hydrophobie. La technique a attiré une attention remarquable ces dernières années pour le développement de matériaux dans les domaines de l'énergie, sciences de la santé et de l'environnement. Les surfaces bioinspirées ont été conçues avec une variété de fonctionnalités et de propriétés spéciales de mouillabilité pour imiter la nature.

Parmi ceux-ci, Les surfaces poreuses glissantes imprégnées de liquide (SLIPS) ont surpassé leurs homologues naturels pour fournir des surfaces de pointe avec une répulsion stable et sans défaut pour une variété de liquides simples et complexes. Pour élargir l'application des SLIPS à mouillabilité réglable, les surfaces adaptatives étaient constituées d'un film liquide supporté par un substrat élastique nanoporeux. Bien que la réglementation basée sur le contact ait subi de nombreuses améliorations pour permettre aux surfaces glissantes existantes, leur contrôle spatio-temporel via le non-contact reste non réalisé. En outre, les surfaces glissantes avec une mouillabilité programmable qui peuvent manipuler spatio-temporellement les gouttelettes pour un impact révolutionnaire dans la technologie microfluidique restent à développer.

Maintenant en train d'écrire Avancées scientifiques , Wang et al. présenter un roman, film de graphène poreux infusé de paraffine (PIPGF) constitué d'un matériau d'éponge de graphène poreux infusé de paraffine. Le processus a permis à la paraffine de passer de manière réversible entre les phases solide et liquide avec l'effet photothermique du graphène sous une lumière proche infrarouge (NIR). Lorsque la surface de la paraffine a été chauffée jusqu'à la fusion, des gouttelettes d'eau pourraient glisser le long du film de graphène, et quand la paraffine a été refroidie, gouttelettes épinglées à la surface du film. La mouillabilité de surface et l'état de la matière du PIPGF ont pu être contrôlés à distance avec une stabilité élevée et une réversibilité rapide en utilisant la lumière NIR. Les auteurs ont intégré des masques NIR afin que la paraffine puisse fondre selon des motifs correspondants sur le PIPGF pour former des voies programmables pour les gouttelettes glissantes. Le PIPGF a facilité les voies de mouillabilité programmables pour simplifier la manipulation des liquides dans les microplaques, microarrays de gouttelettes et dans des microréacteurs microfluidiques distincts avec un potentiel d'applications dans le diagnostic des groupes sanguins. Les caractéristiques ont conféré une polyvalence aux plates-formes PIPGF photocontrôlables pour les applications impliquant la manipulation de gouttelettes.

Dans l'étude, l'oxyde de graphène réduit (GO) jusqu'ici appelé graphène, a été ajouté à un moule préparé avec deux lames de verre plat pour créer le film éponge de graphène 3-D. Liaison ionique avec Ca ²⁺ (CaCl 2 ), suivie d'une réduction avec de l'acide iodhydrique (HI) et d'une lyophilisation subséquente ont permis la formation de la structure poreuse. Le film d'éponge de graphène a été étudié au microscope électronique à balayage (MEB) pour observer une architecture en nid d'abeille avec des surfaces spécifiques élevées. L'hydrophobie de la surface et la structure du réseau poreux du film d'éponge de graphène ont permis l'infusion de liquide de paraffine fondu dans les pores de l'éponge pour construire une surface glissante. Les forces capillaires et la chimie correspondante entre les surfaces de paraffine liquide et de graphène solide ont permis une couverture uniforme de l'échafaudage de graphène, montrant des rides apparentes et un revêtement uniforme de paraffine sur le film d'éponge de graphène.

La transition de la paraffine du solide au liquide dans PIPGF pourrait être contrôlée à distance avec une opération facile, haute stabilité et réversibilité rapide grâce à la lumière NIR. La mouillabilité de surface du PIPGF a été mesurée avec le NIR activé/désactivé pour déterminer les angles de contact et de glissement des gouttelettes d'eau sur sa surface. En premier, l'angle de contact avec l'eau sur le film d'éponge de graphène a démontré une hydrophobie de surface (~ 110 ⁰ ); après, un angle de contact diminué a été observé sur le PIPGF avec NIR activé (~79 ⁰ ) et éteint (~102 ⁰ ), indiquant une hydrophilie de surface comparative.

L'angle de glissement de la goutte d'eau n'était que de 5 ⁰ avec le laser allumé, whereas the angle increased (87 ⁰ ) when the laser was switched off. Such NIR-controlled tunable wettability of the PIPGF provides a promising method for dynamically manipulating the mobility of droplets on a surface on demand, for tunable and reversibly repellent droplet handling technologies.

The authors integrated additional NIR masks on the PIPGF, to enable programmable wettability pathways for spatiotemporal droplet manipulation. When using NIR masks, the irradiated paraffin melted in the desired pattern to become slippery, while the unirradiated part remained rough. The ability to control the droplet guiding pathway on PIPGF surfaces for programmable spatiotemporal droplet flexibility is of significance for microfluidic technologies.

To demonstrate practical applications of NIR-controlled programmable wettability pathways, the authors used PIPGF for liquid handling in microplate technology to create a greatly simplified yet accurate and reusable pipetting process. Different samples could be pipetted into wells simultaneously to conserve time.

En outre, the PIPGF with more complex Y-shaped or Y-Y composite channels could be programmed to form distinctive microreactors for controlled droplet-based chemical merging reactions. The applications highlight the potential of PIPGF in microfluidic systems and in laboratory-on-a-chip settings. To demonstrate its potential in practice, the authors conducted a human blood grouping (ABO and Rh) diagnosis using the platform. An individual's blood type can be detected by monitoring the hemagglutination reaction between antigens and antibodies, which traditionally requires observational skills and facilities. Dans l'étude, the authors simply monitored blood grouping after mixing with antibodies, to detect if the composite blood groups slid down the PIPGF or not. Blood drops with no hemagglutination reaction slid, whereas blood drops where agglutination occurred remained pinned to the PIPGF surface.

The volume ratios of blood droplets to antibody droplets should be precisely optimized to influence the reaction time of hemagglutination. The simple detection and significant results on PIPGF microreactors may find important roles in cost-effective, clinical blood grouping applications. Photocontrollable PIPGF can form intelligent droplet microfluidic systems, with expansive features for programmable, multidisciplinary wettability applications in chemistry, materials engineering, energy and healthcare.

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