在微型机器人和微反应器中控制反应的新工具

时间:2020-04-17 20:59 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

在微型机器人和微反应器中控制反应的新工具

在一篇新论文中,托马斯·拉塞尔和博士后Ganhua谢,马萨诸塞大学阿默斯特,劳伦斯伯克利国家实验室的科学家们报告说,他们利用毛细管力作用下开发了一个简单的方法生产自组装聚合物水溶液的悬滴表面的第二聚合物水溶液在秩序井然的数组。

他们解释说:“这些悬浮液滴在功能性微反应器、微马达和仿生微机器人方面有潜在的应用前景。”微反应器帮助极小的化学反应——小于1毫米的空间,微探针帮助新药的设计和制造。例如,这两种方法都能让研究人员密切控制反应速度、选择性扩散和加工。选择性扩散是指细胞膜如何决定哪些分子可以进入或排除。

罗素和他的同事们说,他们的新系统的功能可以通过磁性微粒来实现。他们“控制液滴的运动,并且,由于组件的性质,可以选择性地将化学物质从一个液滴运输到另一个液滴,或者用作密封的反应容器,在那里,反应依赖于与空气的直接接触,”罗素解释说。

在这项工作中,他和谢与来自香港大学、北京化工大学和日本东北大学的其他人合作。详情刊登在《美国国家科学院院刊》上。

拉塞尔解释说,他们的技术依赖于自然属性,尤其是表面张力,这种现象使得水中行走的生物和模仿它们的人造机器人可以避免下沉。研究人员用它来将较重的液滴附着在界面上,否则这些液滴会下沉。这有助于建立结构复杂的液滴的二维集合,液滴中有囊状结构,在囊状结构中可以分离出目标反应。

罗素说,他们是这样做的:将一种密度更大的葡聚糖水溶液包裹在一起的液滴从另一种聚乙二醇水溶液(PEG)的表面上悬挂下来。在他们早期的研究中,谢、罗素和同事们使用了这两种相同的聚合物水溶液,PEG-plus-water和dextran-plus-water,它们可以结合,但不能混合。这创造了一个“凝聚的经典例子”,形成了两个独立的区域,就像熔岩灯中不混合的蜡和水,Russell解释道。

他说,到目前为止,实验室里的合成系统仅限于比人体自然系统少得多的反应,而人体自然系统可以进行许多快速和连续的反应。他补充说,多年来,更接近地模仿大自然一直是一个主要目标。

拉塞尔说,这项新研究代表了一项重大进展,因为“我们利用表面能量和重力之间的微妙平衡,将囊状物悬挂在液体表面,就像一些昆虫幼虫一样,而悬挂的囊状物通过顶部的开口与空气直接接触。”与空气的直接接触可以让使用者将氧气等气体引入反应中。”

他解释说,要想象这种新机制,我们需要知道,聚阳离子是带有不止一个正电荷的物质,而聚阴离子有不止一个负电荷。“想想囊,里面是聚阴离子,外面是聚阴离子。这意味着阴离子可以流出,但不能流出阳离子;阳离子可以流入,但不能流出阴离子。这种选择性扩散允许我们在囊内进行反应,在囊外进行第二个反应,反之亦然。因此,我们可以产生级联反应方案,类似于在你的身体或其他生物系统中发现的。”

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