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控制微型机器人和微型反应器中反应的新工具

麻省大学阿默斯特分校和劳伦斯伯克利国家实验室的Thomas Russell和博士后研究员Ganhua Xie在一份新论文中报告说,他们已经利用毛细作用力开发了一种简单的方法来生产自组装的聚合物水溶液的悬挂液滴。第二聚合物水溶液的表面排列整齐。

他们解释说:“这些悬挂的液滴在功能微反应器,微电机和仿生微型机器人中具有潜在的应用。” 微型反应器可帮助在极小的空间(小于1毫米)中进行化学反应,而微探针则有助于新药的设计和制造。例如,两者都允许研究人员密切控制反应速度,选择性扩散和处理。选择性扩散是指细胞膜如何决定允许或不允许哪些分子进入。

罗素及其同事说,新系统的功能可以通过磁性微粒来控制。他们“控制液滴的运动,并且由于组件的性质,可以将化学物质从一个液滴选择性地运输到另一个液滴,或用作反应依赖于与空气直接接触的封装反应容器,” Russell解释说。

为此,他和谢与香港大学,北京化工大学和日本东北大学的其他人合作。有关详细信息,请参见《美国国家科学院院刊》。

Russell解释说,他们的技术依靠自然属性,特别是表面张力,这种现象使水上行走的生物和人造机器人可以模仿它们以避免下沉。研究人员使用它将较重的液滴结合到界面上,否则这些液滴会下沉。这有助于构建结构复杂的液滴的二维集合体,这些液滴具有可分离目标反应的囊。

罗素说,他们这样做是通过在不同的聚乙二醇(PEG)水溶液表面悬挂凝聚层包裹的较稠密的右旋糖酐水溶液液滴。Xie,Russell及其同事在他们的早期工作中使用了相同的两种聚合物水溶液,PEG加水和葡聚糖加水,它们可以混合但不能混合。Russell解释说,这创造了一个“凝聚的经典例子”,形成了两个独立的区域,例如熔岩灯中的非混合蜡和水。

他说,到目前为止,实验室中的合成系统所受到的反应要远远少于体内自然系统,后者可以进行许多快速和连续的反应。他补充说,多年来,更加自然地模仿自然是一个主要目标。

拉塞尔说,这项新工作代表了一项重大进展,因为“我们利用表面能和重力之间的微妙平衡,将囊囊像某些昆虫的幼虫一样从液体表面悬挂下来,并且这些囊囊通过空气与空气直接接触。直接与空气接触可以使用户引入气体,例如氧气,进行反应。”

他解释说,想像一下这种新机理,有助于知道聚阳离子是带多个正电荷的物质,而聚阴离子具有多个负电荷的物质。“考虑到囊,内部是聚阴离子,外部是聚阴离子。这意味着阴离子可以流出,但阳离子不能流出,而阳离子可以流入而阴离子却不能流出。这种选择性扩散使我们能够在供入的囊内进行反应在囊外部发生第二次反应,反之亦然。因此,我们可以产生级联反应方案,类似于您体内或其他生物系统内部的反应方案。”

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