大阪府立大学
一种能够制造纳米级气液界面的纳米流体装置
学分:大阪府大学许岩分校 当液体遇到气体时，就会形成一个独特的区域
本质上是可变的，分子可以从一种状态跨越到另一种状态，以独特的方式结合到理想或不想要的目的
从从一大杯咖啡中逸出的热量到化学溶液中分子浓度的增加，气液界面在自然界和工程中无处不在
但是直到现在，缺乏能够精确控制这种气液界面的工具限制了它们的应用
大阪府大学的研究人员开发了第一个纳米级可控气液界面
他们于10月14日在《纳米快报》上发表了他们的设计和实验结果
论文作者、大阪府大学工程研究生院化学工程副教授许岩说:“无论是工程设计还是自然界中发生的，气液界面在众多化学和生物过程中发挥着重要作用。”
“例如，纳米尺度的气液界面已经在碳纳米管和多孔膜中随机生成，但制造可控的纳米尺度版本仍然具有挑战性，因为纳米流体通道太小，无法利用传统方法进行表面控制
" 徐说，流体装置帮助研究人员捕获目标分子，检查特定的性质，以及通过精确控制几何形状设计的纳米级通道进行力的相互作用
在微流体装置中，通道比纳米流体装置中的通道大约1000倍，通道的表面可以改变以吸引或排斥特定的分子
学分:大阪府大学 “这种表面改性通常用于微流体通道，但其对纳米流体通道的适用性几乎从未被探索过，”徐说
虽然微流体装置可以由多种材料制成，但是纳米流体装置需要玻璃基底
据徐介绍，玻璃的光学透明性、热稳定性和机械强度等特性使其成为一种适用于广泛学科的理想材料和纳米流体的理想材料
虽然玻璃本质上是亲水的，但它可以被制成疏水的，这是一种用于表面改性的技术，有助于阻止样品液体中的分子与玻璃中的分子结合
研究人员还制作了玻璃纳米通道——其宽度约为一张纸的1/1000——亲水性金纳米图案被精确放置，以在纳米通道的入口处局部吸引液体分子
金纳米图案是使用一种被称为“纳米中纳米”集成的技术制造的，该技术由研究人员开发，允许在微小的纳米流体通道中精确图案化小得多的功能纳米图案
最终制成的纳米流体装置比邮票稍大，厚度也不大
大小不一的纳米通道，人眼看不见，位于中心，夹在两个马蹄形液体引入系统之间
为了测试疏水处理，研究人员将水推入更宽的一维(1D)纳米通道
在未经处理的通道中，水将通过毛细作用进入更窄的二维(2D)纳米通道，使用的力与让植物在没有任何外部压力的情况下将水从根部分配到叶子的力相同
学分:大阪府大学 “相比之下，我们观察到水流在纳米流体通道入口处停止，外部压力高达400千帕，”徐说
这大约相当于家庭水龙头的平均水压
超过这个压力，研究人员发现水会破坏纳米流体通道
测试验证了通道的工程疏水性质，因此研究人员接下来在高压下用乙醇水溶液填充通道，然后用空气从左侧通道中移除液体，形成气液界面
在零压力下，界面移动到2D纳米通道入口，并均匀地停在亲水性金纳米图案上，保持一个多小时
在一定的外部压力下，界面可以沿着纳米流体通道传输
随着纳米级气液界面的稳定性得到证实，研究人员还成功测试了将感兴趣的分子集中在纳米级界面的能力
研究人员计划进一步开发基于芯片的分析和诊断设备，能够从极小的样本中分离、浓缩和检测生物物质，如病毒或生物标志物
“在亲水和疏水纳米图案化纳米流体通道中制造的纳米尺度气液界面提供了在明确定义的纳米尺度空间精确富集目标分子的可能性，对未来各种化学、物理和生物过程和应用产生革命性的影响，”徐说
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