Метод манипулирования микрочастицами для создания структур требуемой конфигурации на подложках, востребованный в том числе в оптоэлектронике и биомедицинских исследованиях, разработали ученые Научно-исследовательской лаборатории фотоники и микрофлюидики Тюменского государственного университета (ТюмГУ) и Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» (НИЯУ МИФИ), сообщает 13 октября пресс-служба ТюмГУ.

Результаты своей работы исследователи представили в статье «Транспорт и сборка микрочастиц через потоки Марангони в режимах нагрева и охлаждения», опубликованной в журнале «Коллоиды и поверхности А: физико-химические и технические аспекты».

В ней авторы поясняют, что разработанный ими точный и гибкий метод управления процессами переноса частиц в жидких средах и создания структур желаемой конфигурации на подложках будет полезен в таких областях, как материаловедение, покрытия, оптоэлектроника и биомедицинские исследования.

Метод применим для управления микрочастицами, взвешенными в жидкой среде, такими как твердые частицы вещества, молекулы полимеров, клетки, агрегаты поверхностно-активных веществ (мицеллы) и белки.

Сам метод манипулирования микрочастицами в слоях летучих жидкостей толщиной в сотни микрон основан, как это следует из названия статьи, на управлении потоками Марангони, которые представляют собой перенос вещества вдоль границы раздела двух сред под действием перепада (градиента) поверхностного натяжения.

Управление движением микрочастиц исследователи осуществляли изменением знака градиента температуры жидкости с помощью локального воздействия источника тепла и/или теплоотвода.

В жизни такой градиент температуры возникает при испарении жидкости. Именно он ответственен за появление колец при высыхании капель кофе.

В своем исследовании ученые наглядно показали возможности метода, выполнив экспериментально различные манипуляции с группами частиц.

Ими были продемонстрированы сборка частиц в круговые узоры на подложке при нагреве; движение частиц от радиатора при охлаждении подложки, а также формирование кольцеобразных узоров с помощью изменения знака градиента температуры при сборке частиц.

Метод управления движением частиц с помощью понижения температуры подложки особенно интересен для биологических исследований и медицины, где важно не повредить нагреванием живые объекты.

Также исследователями было установлено влияние толщины слоя жидкости на перенос частиц и размер формирующегося рисунка. Ученые экспериментально показали, что нагрев приводит к уменьшению площади рисунка на подложке вместе с уменьшением толщины слоя. А увеличение толщины слоя жидкости удлиняет время формирования рисунка.

При охлаждении очищаемая от частиц площадь с увеличением количества частиц уменьшается, однако при изменении толщины слоя время очистки сокращается с увеличением числа частиц, но несколько возрастает с толщиной слоя.

Таким образом, манипулируя толщиной слоя, можно создавать многослойные плотные кольцевые ансамбли частиц.

Метод, разработанный авторами статьи, прост для реализации, гибок и позволяет манипулировать частицами с любыми свойствами и формами. Причем его можно применять для управления как отдельной микрочастицей, так и большой группой частиц.