Из березовой фанеры сделали микрофлюидный чип
Американские ученые создали микрофлюидный чип из березовой фанеры. В ней с помощью лазера вырезали небольшие углубления, а затем наносили на поверхность каналов тефлон или другой материал, не дающий жидкости проникать внутрь древесины. Статья, описывающая методы создания чипа и его свойства, опубликована в журнале Analytical Chemistry.
Микрофлюидные устройства, как правило, представляют собой пластины с каналами шириной порядка десятков и сотен микрометров. Благодаря такому размеру жидкость в микрофлюидных чипах ведет себя не так, как в больших трубах. Например, обычно в них наблюдается ламинарное течение без турбулентности, что, например, позволяет двум потокам двигаться рядом почти без смешивания. Во многом это связано с увеличением вклада вязкого сопротивления в поведение потока из-за размера канала.
Как правило, микрофлюидные чипы создают из полимеров или стекла, в которых относительно просто вырезать тонкие каналы, а также можно со всех сторон наблюдать за течением жидкости. Сами применяемые материалы вместе с методами их обработки обуславливают достаточно высокую цену таких чипов, что повышает общую стоимость исследований. Ученые из Мэрилендского университета в Колледж-Парке под руководством Говинда Рао (Govind Rao) научились создавать микрофлюидные чипы из крайне доступного материала — березовой фанеры.
Исследователи выбрали для создания каналов углекислотный лазер. Компьютерную модель каналов загружали в лазерный резак, после чего он выжигал в древесине каналы шириной в миллиметр. Обычно микрофлюидные каналы имеют меньший размер, однако и при размере в миллиметр доминирующую роль могут играть эффекты, связанные с взаимодействием жидкости и поверхности канала, поэтому такое устройство корректно называть микрофлюидным. После создания каналов ученые покрывали древесину защитным слоем, чтобы жидкость не просачивалась в древесину. В качестве защитного слоя они опробовали несколько материалов: политетрафторэтилен (или тефлон), полиметилметакриллат и ацетилцеллюлозу. В итоге авторы остановились на тефлоне: он показал самое низкое смачивание.
Ученые создали несколько деревянных микрофлюидных чипов, в том числе с T- и Y-образными каналами. Для сравнения они создали чипы с такой же формой каналов, но выполненные из полиметилметакриллата. В чипах с двух ответвлений запускали потоки жидкости с синим или красным красителем: после того, как каналы соединялись, жидкости двигались по одному каналу, почти не смешиваясь.
Авторы снимали чипы на камеру, а затем анализировали распределение цвета по кадрам. Потоки в чипах из обоих материалов вели себе схожим образом, хотя в чипе из древесины наблюдалось некоторое изменение потока по мере удаления от точки, где входные каналы соединяются. Таким образом, ученые показали, что потенциально древесину с полимерным покрытием можно использовать в микрофлюидике — хотя, вероятно, требуется доработка методов создания каналов для более стабильного поведения жидкости в них.
Ранее ученые уже использовали необычные материалы для создания микрофлюидных устройств. Например, в прошлом году американские ученые создали из кубиков LEGO модульную микрофлюидную платформу, элементы которой можно быстро менять местами, просто соединяя один блок с другим.
Григорий Копиев
Обычно рентгеноструктурный анализ требует сотен тысяч атомов
Химики из США, Китая и Франции использовали синхротронное излучение для характеризации отдельных ионов железа и тербия в составе комплексных соединений, нанесенных на поверхность золота. Ученые смогли детектировать электронные переходы этих атомов только тогда, когда тонкий металлический детектор располагался точно над атомами металлов. Исследование опубликовано в журнале Nature. Синхротронное излучение позволяет проводить рентгеноструктурные исследования на очень небольших образцах вещества, содержащих около 104 атомов. Но если для регистрации фотоэлектронов использовать очень тонкий металлический детектор, разрешение можно повысить еще сильнее — до всего нескольких десятков атомов в образце. Тем не менее детектировать сигналы от одиночных атомов ученые не умели до сих пор. Но недавно физики и химики под руководством Фолькера Розе (Volker Rose) использовали синхротрон APS в Аргоннской национальной лаборатории для проведения рентгеновского анализа отдельных атомов. Для этого ученые приготовили комплексы железа и тербия с замещенными пиридиновыми лигандами на поверхности золота. Первый эксперимент с синхротронным излучением ученые провели на поверхности с комплексами железа. Они разместили детектор на большом расстоянии (пять нанометров) от образца, при котором невозможно туннелирование фотоэлектронов между поверхностью и детектором. В полученной зависимости энергии фотоэлектронов от тока в детекторе химики наблюдали сигналы от электронных переходов всех ионов железа, расположенных вблизи детектора. В следующем эксперименте физики расположили детектор намного ближе к образцу — так, чтобы фотоэлектроны могли туннелировать. Во время эксперимента ученые обнаружили, что при движении детектора сигналы переходов меняются. Причем сигналы, соответствующие электронным переходам иона железа, появлялись только тогда, когда детектор располагался точно над ионом железа. Тот же самый эксперимент удалось провести и с комплексом тербия. И, как и в случае комплексов железа, сигналы от электронных переходов тербия возникали только при точном расположении детектора над его катионами. Далее ученые решили применить синхротронное излучение для анализа электронной структуры комплексов. Для этого они использовали спектроскопию рентгеновского поглощения в ближней к краю области и проанализировали тонкую структуру полученных сигналов. В результате оказалось, что железо в комплексе имело степень окисления +2, а тербий — +3. Кроме того, удалось выяснить, что 3d-орбитали иона железа взаимодействуют с лигандами, а 4f-орбитали тербия — нет. Так ученые показали, что синхротронное излучение и правильно спроектированный детектор позволяют проводить рентгеноструктурные исследования на отдельных атомах. При этом можно узнать не только то, где они расположены, но и выяснить детали их электронной структуры. Недавно мы рассказывали о том, как сибирские ученые создали клистрон для Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ). А прочитать подробнее про историю рентгеноструктурного анализа можно в нашем материале «Деплатформинг структур».