悉尼大学
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悉尼大学纳米研究所和化学学院的研究人员发现，在意想不到的情况下，微小的气泡——只有1000亿分之一米高的纳米气泡——会在表面形成，这为减少小型设备中的阻力提供了一种新的方法
由于高压，微器件内的液体阻力会导致内部污染(不需要的生物材料的积累)或损坏生物样品，如细胞
因此，这一发现可能为开发更好的医学诊断工具铺平道路，例如进行DNA分析或用于疾病病原体生物医学检测的芯片实验室设备
由Chiara Neto教授领导的研究小组开发了纳米工程褶皱涂层，与名义上“光滑”的固体表面相比，这种涂层可以减少高达38%的阻力
滑溜溜的涂层一旦注入润滑剂，也能很好地抵抗生物污垢
利用原子力显微镜——一种非常高分辨率的扫描显微镜——研究小组发现，由于纳米气泡的自发形成，通过具有这些表面的微结构通道的流体能够以较低的摩擦滑过，这是一种从未描述过的现象
研究结果发表在本周的《自然通讯》上
潜在的医学应用 许多医学诊断工具依赖于对微量液态生物和其他物质的小规模分析
这些“微流体装置”使用微通道和微反应器，其中通常在化学或病理学实验室中大规模进行的反应在小型化的规模下进行
分析体积小得多的材料可以实现更快、更有效的诊断
然而，微流体装置的问题在于，液体与通道固体壁的摩擦会显著减缓流体流动，从而产生较大的流体动力阻力
为了克服这一点，这些装置施加高压来驱动流动
反过来，这些设备内部的高压不仅效率低下，而且还会损坏设备中的精密样品，如细胞和其他软性材料
此外，固体壁容易被生物分子或细菌污染，导致通过生物污染快速降解
这两个问题的解决方案是通过使用表面，其中纳米级孔捕获少量润滑剂，形成光滑的液体界面，这减少了流体动力阻力并防止表面生物污垢
实际上，注入液体的表面用液体壁代替固体壁，允许第二液体以较低的摩擦流动，需要较低的压力
然而，这些注入液体的表面工作的机理还没有被理解，因为这些表面提供的摩擦力的减少已经被报道比基于理论的预期大50倍
纳米气泡来拯救？ 内托教授和她的团队描述了他们如何通过开发纳米工程褶皱涂层，在微流体设备上形成注入液体的壁，与固体壁相比，这种涂层可以减少高达38%的阻力
该团队包括:博士
D
学生克里斯·维加-桑切斯(Chris Vega-Sánchez)，他过去三年的工作重点是微流体；博士；医生
萨姆·佩普-查普曼，液体注入表面专家；和博士
朱立文是原子力显微镜的专家，这种显微镜使科学家能够看到十亿分之一米的物体
进行微流体测量时，研究小组发现，新的光滑表面相对于固体表面降低了阻力，其程度只有在表面注入空气而不是粘性润滑剂时才能预料到
由于对成功的减阻不满意，研究小组致力于证明表面诱导滑移的机理
他们通过使用原子力显微镜扫描水下表面来做到这一点，使他们能够对表面上仅100纳米高的纳米气泡的自发形成进行成像
它们的存在定量地解释了在微流体流动中观察到的巨大滑移
显微镜工作的一部分是利用悉尼大学澳大利亚显微镜和微量分析中心的设备完成的
内托教授说:“我们想了解这些表面工作的基本机制，并拓展它们的应用范围，特别是在能源效率方面
既然我们知道了这些表面为什么光滑和减阻，我们就可以专门设计它们，以最小化在受限几何形状中驱动流动所需的能量，并减少污垢
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