Иногда необходимо выполнить анализ частиц, взвешенных в капле жидкости. Но заставить эти частицы переместиться на поверхность сенсора — непростая задача, которую решает новый «гибридный оптоэлектрический» прибор.

Разработчики из Purdue University (США) создали инструмент для медицинской диагностики, исследования продуктов питания и питьевой воды на наличие болезнетворных микробов, а также для судебно-медицинской экспертизы. Технология использует сочетание лазерного излучения и электрического поля для изменения положения микроскопических частиц, в частности бактерий, вирусов и ДНК, заключенных в крошечные капли, и самих этих капель.

В ряде случаев бывает необходимо выполнить анализ частиц, заключенных в капле воды. Капля помещается на поверхность сенсора, и обычно для того, чтобы взвешенные в ней частицы были обнаружены, им необходимо случайно попасть на поверхность датчика. Чтобы повысить эффективность работы устройства, необходимо с помощью светового или электромагнитного воздействия на каплю (или частицы внутри неё) заставить их оказаться на поверхности сенсора.

Другие методы анализа, использующие либо свет, либо электрическое поле в отдельности, позволяют изменять положение либо капли жидкости, либо заключенной в ней частицы, но не одновременно. Новый «гибридный оптоэлектрический» прибор может действовать в обоих этих направлениях, активно перемещая частицы в области, где они могут быть проанализированы.

Метод является универсальным в том смысле, что позволяет работать с каплями и частицами различных размеров — от нескольких нанометров до миллиметра.

Данная технология может быть использована при создании «лабораторий-на-чипе», позволяющих анализировать различные биологические образцы. Такие датчики могут быть использованы для быстрого анализа биологических жидкостей человеческого организма, в том числе при наркологическом обследовании, для выявления ишемической болезни сердца, опухолей и различных наследственных заболеваний, для определения отцовства, а также присутствия различных бактерий, вирусов и грибков, которые трудно выявить обычными лабораторными методами.

Ключевую роль в данной технологии играют электроды из смеси оксидов олова и индия, прозрачного электропроводящего материала, который широко используется при производстве экранов сенсорных дисплеев. Капли жидкости располагаются на поверхности этого электрода, а инфракрасный лазер нагревает каплю и электрод одновременно. Внутри нагретой капли возникает «микрофлюидальный вихрь», вызванный воздействием электромагнитного поля. Этот вихрь помогает исследователям изменять положение частиц в циркулирующей жидкости, перемещая инфракрасный лазер. Частицы накапливаются только в подсвеченной лазером области.

Данная технология также может быть использована при производстве сенсоров и других устройств. Для этого необходимо будет модифицировать явление, известное как эффект «кофейного кольца»: при испарении жидкости содержащиеся в ней частицы образуют «кольцо» — область повышенной концентрации частиц в той зоне, где располагался край капли до её высыхания. Поскольку осадок формируется только на подсвеченных лазером участках, технологию можно применить для управляемого создания микроскопических структур для биосенсоров и электроники. Разработчики успешно протестировали этот метод для создания контролируемых микросборок.

По пресс-релизу Purdue University