新方法允许开发微机器配有微小部件

有时物理学家诉诸于尝试和信任的模型制作技巧。科学家们Max Planck金属研究所美国斯图加特大学(University of Stuttgart)和科罗拉多矿业学院(Colorado School of Mines)利用与模型制造商将船只装进瓶中相同的技巧,制造出了微型机器。在瓶中,帆船的桅杆和索具直到进入瓶中才会竖立起来。以同样的方式,科学家们将微型实验室的阀门、泵和搅拌器连接起来,在芯片上制造出微型设备。为此,他们将胶体粒子——微小的可磁化塑料球——作为组件引入芯片的通道中。欧洲杯猜球平台一个旋转的磁场将元件连接成更大的聚合体,使它们像微型机器一样运动。(美国国家科学院学报,2008年12月2日)欧洲杯线上买球

泵协同工作:在磁场中,微球(橙色)形成菱形阀门和齿轮。通过对磁场的巧妙操控,轮子在腔体中滚动,并与阀门一起泵送一种带有胶体颗粒(蓝色)的流体通过系统。欧洲杯猜球平台图片来源:萨布里·拉穆尼/斯图加特大学

在未来,生物学家和化学家希望在他们的实验中尽可能避免使用笨重的玻璃烧瓶、本生灯和磁性搅拌器。类似于微电子学,电子被引导通过微小的传导路径,他们打算在微流体系统中进行化学反应,即直径只有几微米的腔室和通道。这些“芯片实验室”将使DNA序列或血液样本的分析更快速、更有效。由于它们只需要少量的液体,这种方法比传统方法成本低得多,传统方法需要大量的材料。欧洲杯足球竞彩这些微量分析系统也可以运输,因为它们的核心部件占用的空间非常小。例如,医护人员可以在事故现场分析血液样本。

研究人员与Clemens Bechinger一起工作,他是斯图加特大学教授和Max Planck Metals Research研究所的研究员,以及科罗拉多州地雷学派教授,David Marr,现在已经找到了一种装备这些小型化实验室的新方法随着移动部件以及如何驾驶微小机器。它们引入胶体颗粒,直径约为5微米的微小塑料球,进入芯欧洲杯猜球平台片上的通道和空腔中。

当颗粒含有氧化铁欧洲杯猜球平台时,当它们被外部磁场磁化时,它们组在一起。科学家们用四个线圈构造磁场,使得微粒实际上远程控制并形成金刚石形状或齿轮轮。欧洲杯猜球平台“它们组装成的形状依赖于渠道的几何形状,”解释博士生博士,博士生在项目上工作。然后,只要接通磁场即欧洲杯猜球平台可,微颗粒保持在这种形状。

几何图中还确定聚合的函数。通过向后和向前倾斜,菱形会产生开口并像阀门一样行动。另一方面,如果它在具有两个流入的腔室中旋转,则它将进入的液体混合在腔室中。微搅拌器也由磁场驱动,磁场是顺时针或逆时针旋转到芯片的磁场。以同样的方式,斯图塔特的研究人员通过带有锯齿状壁的沟道滚动齿轮。齿轮完全关闭通道,搅拌液体来回搅拌液体,只与两个阀门组合,就像泵一样。

“与其他配备微型制动士的方法相比,我们的船上技术有几个优势,”David Marr说。一些科学家毫有气动系统使用微通道泵送液体。然而,这需要将每个部件与外部连接到外部的每个部件,使得它可以提供压缩空气。这是非常复杂的,并且大大限制了微流体设备上的集成密度,即芯片上的组件总数。

采用这种新方法,一平方厘米内可以容纳5000台泵。此外,这种新方法不像气动泵那样依赖弹性材料。欧洲杯足球竞彩克莱门斯·贝辛格说:“如果可能的话,如果芯片只由一种材料——硅——组成,那么就更容易生产出适合应用的芯片。”因为像微型线圈这样的电气控制元件可以用硅来制作,所以用同样的材料制作微通道将是理想的。这将允许将所有元件集成到一个芯片上,就像在微电子学中一样。

目前,研究人员仍在使用大线圈,使得所有部件由单个磁场驱动,并且它们都彼此随时移动。但是,这不一定是缺点,因为许多应用程序中的过程并行运行;例如,当制药行业在数以千计的物质中寻找新的活性成分时。此外,研究人员可以如此巧妙地选择通道的几何形状,不同的聚集体在相同的磁场中满足完全不同的功能。这意味着Stuttgart物理学家的方法提供了仅用一个磁场驱动复杂网络的复杂网络。

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