Новые диагностические технологии

В последнее время приходится все чаще слышать о микроскопических диагностических приборах, используемых в медицине и в области охраны окружающей среды, способных производить тесты, используя совсем небольшие количества естественных жидкостей.

        В последнее время приходится все чаще слышать о микроскопических диагностических приборах, используемых в медицине и в области охраны окружающей среды, способных производить тесты, используя совсем небольшие количества естественных жидкостей. Однако работа с такими небольшими количествами исследуемого вещества ставит перед исследователем некоторые проблемы, в частности – сложности с корректным смешиванием микроскопических объёмов различных жидкостей и управлением отдельными каплями, используемыми для анализа. Команда ученых Вашингтонского университета нашла решение этих проблем, исследуя листья лотоса.

        Как выяснилось, лист лотоса обладает уникальной микроструктурой. Его поверхность состоит из микроскопических шишек, увенчанных мелкими волосками. Когда капля жидкости попадает на поверхность листа, ее вес поддерживается волосками, в то время как под каплей остается воздушный карман. Подвешенная таким образом капля не лишается подвижности и в результате даже едва ощутимого толчка либо наклона поверхности скатывается с листа. В последние годы этот эффект был использован сразу в нескольких технологиях – самоочищающемся пластике, солнечных батареях и даже пылевых щитах для космических кораблей.

        Исследователи приблизительно воспроизвели эту структуру, используя методы нанотехнологий, создав силиконовую поверхность, состоящую из крохотных столбиков, отличающихся по высоте и сечению. Так же, как и в природном прототипе, капли, помещенные на искусственную поверхность, принимают почти идеальную сферическую форму.

        Затем, используя акустические динамики или другое устройство, поверхность заставляют мелко вибрировать с частотой от 50 до 80 колебаний в секунду. Как показали опыты, подобная вибрация заставляет капли двигаться по траекториям, определяемым параметрами силиконовых столбиков поверхности. Исследователям удавалось заставить капли двигаться по самым замысловатым маршрутам – вверх, вниз, по кругу – и даже переворачиваться "с ног на голову". Кроме того, можно заставить две капли слиться воедино и далее двигаться, как единое целое. Изменение же частоты колебаний позволяет исследователям контролировать скорость движения капель и выделять из общей массы капли определенных размеров или веса.

        Существующие опытные образцы требуют относительно мощного источника вибрации для получения ожидаемого эффекта. Однако в ближайших планах исследовательской группы – создание более тонкой поверхности с усиками, в сто раз меньшими, чем сейчас, что позволит успешно приводить капельки в движение при помощи динамика самого обыкновенного смартфона.

        "Все, что Вам понадобится – это источник вибрации, производство же специальной поверхности не представляет абсолютно никакой проблемы. Ее можно изготовить буквально из куска пластика", - говорит руководитель исследовательской группы Карл Бёрингер. – "Думаю, прибор для исследования образцов слюны, крови или какого-либо водного раствора будет в итоге стоить меньше одного доллара. Мы предполагаем, что он будет подключаться к обыкновенному мобильному телефону и получать энергию от телефонной батареи. Специальное мобильное приложение будет генерировать нужный тип звуковых колебаний. И можно приступать к исследованию образцов!"

        На фотографии, сделанной во время экспериментов, можно наблюдать синие и красные капли жидкости, двигающиеся по верхней и нижней поверхностям видрирующей платформы со скоростью порядка одного дюйма (2,54 см) в секунду и сливающиеся при встрече в центре.