Global, évaporation contrôlée, dispositif micro/nanofluidique (GECMN) pour le contrôle du transport de petites molécules. a) Illustration schématique du GECMN constitué de deux microcanaux connectés à la nanofente. b) Le transport de masse diffusif de petites molécules vers le canal de drain est interdit par le flux d'advection entraîné par évaporation du drain vers le centre de la nanofente, faire s'accumuler les petites molécules dans la nanofente déshydratée. c) Les petites molécules accumulées transportent vers le canal de drain en raison de la diffusion pour la nanofente hydratée. Crédit :Institut national des sciences et de la technologie d'Ulsan
Les puces microfluidiques sont très prometteuses pour des applications sans précédent dans la détection des agents pathogènes et le diagnostic du cancer. De tels dispositifs nécessitent souvent des couches minces nanométriques pour la filtration d'échantillons liquides, ainsi que des dispositifs d'alimentation ou des stimuli chimiques qui contrôlent la direction de son écoulement. Cependant, de nombreux défis subsistent avec la plupart des mécanismes précédents, y compris les processus de fabrication compliqués, limites des matériaux, et des dommages indésirables sur les échantillons.
Une équipe de recherche, dirigé par le professeur Taesung Kim du département de génie mécanique de l'UNIST, a présenté le contrôle du transport par évaporation de petites molécules dans des nanofentes perméables aux gaz et à faible rapport d'aspect, dans lequel les transports de masse diffusifs et advectifs des solutés sont affectés par l'évaporation du solvant à travers les parois nanofendues.
Contrairement à la méthode existante, la nouvelle technique a attiré une attention considérable en tant que technologie de base multifonctionnelle qui permet le contrôle actif et polyvalent de petites molécules, comme la vanne, se concentrer, pompage, et des capacités de filtrage sur une puce, sans endommager les échantillons.
Dans cette étude, l'équipe de recherche a caractérisé expérimentalement l'effet du flux d'évaporation sur le transport de masse de petites molécules dans divers dispositifs micro/nanofluidiques intégrés à des nanofentes. Leurs résultats ont montré que le transport de petites molécules le long de la nanofente était largement régi par le flux d'évaporation et la longueur de la nanofente. Ils ont également effectué des simulations numériques pour étayer théoriquement les résultats expérimentaux avec le modèle d'advection et de diffusion, permettant ainsi la description du transport avec le coefficient de diffusion et le flux d'évaporation non dimensionnés.
Local, évaporation contrôlée, dispositif micro/nanofluidique (LECMN), permettant le transport de molécules adressables dans un dispositif micro/nanofluidique. Crédit :UNIST
Ils ont en outre démontré que le contrôle du transport induit par l'évaporation dans les dispositifs micro/nanofluidiques à base de nanofentes peut être utilisé comme une molécule-valve, concentrateur, pompe, et filtre, montrant un potentiel remarquable pour une variété d'applications dans les micro/nanofluides.
Les chercheurs ont également utilisé leur précédente photolithographie assistée par craquage pour fabriquer un évaporation contrôlée, dispositif micro/nanofluidique (GECMN) intégré à un dispositif perméable aux gaz, Nanofente à base de PDMS, qui a permis le transport de masse diffusif mais a supprimé l'écoulement entraîné par la pression via une résistance hydraulique élevée.
Leurs conclusions ont été publiées dans la version en ligne de Communication Nature le 26 février, 2021. Cette étude a été financée par une subvention de la National Research Foundation of Korea (NRF), financé par le ministère coréen des sciences et des TIC (MSIT).
