ไมโครฟลูอิดิกส์เข้าสู่สนามใหม่

หลายปีที่ผ่านมา แนวคิดของ “lab-on-a-chip” ได้กระตุ้นการออกแบบที่ต้องการสร้างอุปกรณ์ขนาดเล็กที่สามารถทำหน้าที่ในห้องปฏิบัติการทั้งชุดในมือคุณ ในขณะที่ความพยายามในอดีตมีปัญหาในการควบคุมของเหลวและวัสดุในระดับจุลภาคอย่างมีประสิทธิภาพ อุปกรณ์ใหม่ที่ตีพิมพ์ในรายงานการประชุมของ National Academy of Sciencesนำเสนอแนวทางที่แตกต่างในการจัดการของเหลว 

หลังจากหลายปีของการทำงานร่วมกัน 

ทีมงานที่นำโดย Govind Kaigalaที่ IBM Research-Zurich และกลุ่มMoran Bercoviciที่ Technion-Israel Institute of Technology ได้แสดงให้เห็นว่ากุญแจสู่การควบคุมแบบไดนามิกของกลศาสตร์ของไหลอาจเป็นไฟฟ้าที่น่าประหลาดใจ

เอฟเฟกต์ไฟฟ้าเทคนิคทั่วไปในการชี้นำการไหลของของไหลระดับไมโครสเกลมักจะอาศัยการแก้ปัญหาทางกล เช่น การแกะสลักช่องลงในพอลิเมอร์หรือแก้วโดยตรง แม้ว่าบางครั้งวาล์วจะถูกเพิ่มเข้าไปเพื่อควบคุมการกำหนดเส้นทางแบบไดนามิก รูปทรงของระบบเหล่านี้ได้รับการแก้ไข ทำให้ไม่สามารถบรรลุเป้าหมาย ที่แท้จริงของการทดลองต่างๆ ได้หลายแบบบนแพลตฟอร์มเดียว วิธีการล่าสุดได้พยายามปรับเปลี่ยนพื้นผิวของชิปทางเคมีเพื่อสร้างรูปแบบของประจุไฟฟ้าที่กำหนดเส้นทางของของไหล อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับช่องทางกลไก รูปแบบการชาร์จได้รับการแก้ไขและไม่มีความยืดหยุ่น

เพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของของไหลในลักษณะที่ปรับได้อย่างแท้จริง ทีมวิจัยจึงหันมาใช้สนามไฟฟ้า เมื่อของเหลวสัมผัสพื้นผิว มันจะพัฒนาชั้นของประจุ การใช้สนามไฟฟ้ากับชั้นนี้จะเคลื่อนประจุ ลากของเหลวไปด้วยและสร้างกระแส ใช้ประโยชน์จากผลกระทบนี้ ทีมงานได้ออกแบบอุปกรณ์ที่ใช้อิเล็กโทรดรูปดิสก์ที่ฝังอยู่ที่ด้านล่างของห้องของเหลวเพื่อสร้างรูปแบบการไหลที่เหมือนไดโพลในของเหลวเมื่อใช้สนามไฟฟ้า การวางอิเล็กโทรดหลายตัวเข้าด้วยกันในอาร์เรย์จะสร้าง “แชนเนลเสมือน” ที่นำทางกระแสของไหล

โดดเด่นในสาขาของเธอ Federico Paratore 

หัวหน้าทีมวิจัย กล่าวว่า “อิเล็กโทรดแต่ละเส้นทำหน้าที่เป็นสายพานลำเลียงขนาดเล็กเสมือนจริง ซึ่งสามารถควบคุมทิศทางและความเข้มได้ทางอิเล็กทรอนิกส์” กล่าวโดยFederico Paratoreหัวหน้าผู้เขียนงานนี้ “เพื่อเป็นตัวอย่างที่น่าสนุก เราแสดงให้เห็นว่าเราสามารถโค้งงอเส้นตรงให้เป็นคลื่นไซน์ได้ จากนั้นเปลี่ยนเฟสด้วยการคลิกปุ่ม—เหมือนกับการดูสัญญาณออสซิลโลสโคป แต่ที่สัญญาณทำจากของเหลว!”

การค้นพบรูปแบบการไหลใหม่นอกจากการเปลี่ยนเส้นทางสตรีมไลน์ผ่านช่องทางเสมือนต่างๆ แล้ว นักวิจัยยังได้สร้างรูปแบบการไหลใหม่ที่ไม่เคยมีการสังเกตมาก่อน ตัวอย่างเช่น พวกเขาใช้การกำหนดค่าอิเล็กโทรดรูปวงแหวนเพื่อสร้างพื้นที่ภายในของความเมื่อยล้าที่ล้อมรอบด้วยบริเวณการไหลภายนอก ซึ่งสามารถใช้เป็นกับดักสำหรับเซลล์และอนุภาค หรือเป็น “ขวดเสมือน” สำหรับทำปฏิกิริยาเคมี โดยการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าบนอิเล็กโทรด พวกเขาสามารถเปลี่ยนรูปแบบเพื่อสร้างขอบเขตการไหลภายในที่ล้อมรอบด้วยบริเวณที่หยุดนิ่งด้านนอก ซึ่งเป็นประโยชน์สำหรับการเลือกการผสมแบบออนดีมานด์ ในขณะที่ยังไม่มีการสำรวจการใช้งานรูปแบบการไหลเหล่านี้เพิ่มเติม การควบคุมและความยืดหยุ่นที่อุปกรณ์ของทีมนำเสนอแนะนำว่าในที่สุดความฝันของแล็บบนชิปก็อยู่ในมือ

น้ำแข็งซุปเปอร์อิออนถูกคาดการณ์ว่าจะมีอยู่เมื่อน้ำอยู่ภายใต้แรงกดดันมากกว่า 100 กิกะปาสกาลและอุณหภูมิที่สูงกว่า 2,000 เค ในที่นี้ โปรตอนที่กระจายผ่านพื้นที่ว่างของโครงตาข่ายที่เป็นของแข็งของออกซิเจนทำให้ค่าการนำไฟฟ้าอิออนของน้ำเกิน 100 ซีเมนส์ต่อเซนติเมตร ซึ่งเกือบจะสูงเท่ากับค่าการนำไฟฟ้าของโลหะ เมื่อน้ำแข็งมีค่าเหนือไอออน อุณหภูมิหลอมเหลวของน้ำแข็งจะเพิ่มขึ้นเป็นหลายพันเคลวิน และโครงสร้างน้ำแข็งใหม่ที่มีรูปแบบตาข่ายออกซิเจนอัดแน่น

การสร้างแรงกดดันและอุณหภูมิที่สูงเช่นนี้

ในห้องปฏิบัติการเป็นเรื่องยากมาก แต่ขณะนี้ Millot และเพื่อนร่วมงานได้ใช้คลื่นกระแทกที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์หลายชุดในการทำเช่นนี้ นักวิจัยเริ่มต้นด้วยการเติมน้ำในโพรงเล็กๆ ที่สร้างขึ้นระหว่างแผ่นเพชรบางๆ สองแผ่นด้วยหยดน้ำเล็กๆ (หนา 30 μm และกว้าง 1.5 มม.) จากนั้นพวกเขาก็วางหยดนี้ในสุญญากาศที่กึ่งกลางของห้องเป้าหมาย Omega Laser ที่ห้องทดลอง Laser Energetics  ของ University of Rochester และใช้เลเซอร์กำลังสูง 6 ตัวเพื่อสร้างคลื่นกระแทกที่บีบและทำให้ร้อนขึ้น

“เราออกแบบคลื่นกระแทกชุดนี้อย่างระมัดระวังเพื่อให้เราสามารถเข้าถึงแรงกดดัน 100 ถึง 400 GPa (1 ถึง 4 Mbar) ที่อุณหภูมิ 2,000-3,000 K” Millot กล่าว “ภายใต้สภาวะเหล่านี้ คาดว่าน้ำจะกลายเป็นของแข็งและตกผลึกกลายเป็นน้ำแข็งหนาแน่น”

เพื่อทดสอบสมมติฐานนี้ นักวิจัยได้ทำการวัดการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์กับตัวอย่างเพียงไม่กี่พันล้านวินาทีหลังจากที่ปล่อยคลื่นกระแทก พวกเขาทำการวัดเหล่านี้โดยใช้กลุ่มลำแสงเลเซอร์กำลังสูงเพิ่มเติม 16 ลำเพื่อส่งแสง 8 กิโลจูลในหนึ่งนาโนวินาทีที่ระเบิดไปยังจุด 250 ไมโครเมตรบนแผ่นเหล็กบาง2  มม. 2 มม. ที่พวกเขาวาง 2 ห่างจากหยดน้ำ ซม.

สำรองข้อมูลการวิจัยก่อนหน้านี้ “ภายใต้การแผ่รังสีที่รุนแรงเช่นนี้ ฟอยล์บาง ๆ ส่วนใหญ่จะระเหยและแตกตัวเป็นไอออนในพลาสมาร้อนที่เริ่มปล่อยโฟตอนเอ็กซ์เรย์ด้วยพลังงานที่เฉพาะเจาะจงมาก “การฉายรังสีเอกซ์นี้ทำให้ตัวอย่างน้ำท่วม และเนื่องจากมันเพิ่งตกผลึกเป็นก้อนน้ำแข็งขนาดนาโนเมตร รังสีเอกซ์เหล่านี้บางส่วนจึงถูกเลี้ยวเบน (เบี่ยงเบนไปในทิศทางเฉพาะ ลักษณะเฉพาะของโครงสร้างผลึกที่น้ำแข็งนำมาใช้) และ ไปที่เครื่องตรวจจับเพลทภาพของเรา”

เทคนิคนี้อนุญาตให้นักวิจัยยืนยันว่าอะตอมถูกจัดเรียงในโครงตาข่ายปกติ และพวกมันได้ทำให้น้ำของเหลวแข็งตัวเป็นผลึกออกซิเจนที่เป็นผลึกของน้ำแข็งน้ำ superionic ในช่วงเวลาเพียง 3-5 นาโนวินาที ผลลัพธ์ใหม่นี้สนับสนุนงานวิจัยก่อนหน้านี้ที่นักวิจัยรายงานเมื่อปีที่แล้วในNature Physicsซึ่งพวกเขาได้รับหลักฐานการทดลองครั้งแรกสำหรับน้ำแข็งน้ำ superionic ที่สภาวะความดัน-อุณหภูมิคล้ายกับในการทดลองปัจจุบัน

การพาความร้อนช้า“ดังที่กล่าวไว้ เงื่อนไขเหล่านี้เหมือนกับสภาพที่อยู่ลึกเข้าไปในดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน” มิลลอตอธิบาย “ตอนนี้เรามีลายเซ็นที่ชัดเจนและตรงไปตรงมาสำหรับผลึกตาข่ายในน้ำแข็งน้ำเหนือไอออนแล้ว เราโต้แย้งว่าน้ำแข็งนี้ไม่ควรไหลเหมือนของเหลวที่หมุนวนเร็ว เช่น แกนเหล็กชั้นนอกที่เป็นของเหลวของโลก แต่ควรไหลแทน เหมือนกับเสื้อคลุมของโลก ซึ่งประกอบด้วยหินแข็งแต่หมุนเวียนไปตามช่วงเวลาทางธรณีวิทยา”

การสังเกตของเราสามารถช่วยให้เราเข้าใจโครงสร้างภายในของยักษ์น้ำแข็ง และลูกพี่ลูกน้องของดาวเคราะห์นอกระบบที่อุดมด้วยน้ำได้ดียิ่งขึ้น เขากล่าวกับPhysics World มันสามารถส่องแสงมากขึ้นในสนามแม่เหล็กที่ซับซ้อนบนดาวเคราะห์เหล่านี้ จากการวัดโดยยานโวเอเจอร์ 2 ของนาซ่า สิ่งเหล่านี้ถือว่าค่อนข้างแตกต่างจากสนามขั้วแบบธรรมดาบนโลกและดาวเคราะห์ดวงอื่น

ข้อมูลการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ยังช่วยให้ทีมงานสามารถวัดว่าน้ำแข็งน้ำบีบอัดอย่างไรภายใต้สภาวะที่รุนแรงเหล่านี้ การทดลองบีบอัดด้วยเลเซอร์: “เราทำการทดลองในช่วงความดันกว้างระหว่าง 1 ถึง 4 Mbar และวัดว่าน้ำอัดตัวอยู่ที่ความดันเหล่านี้อย่างไร” Millot กล่าว “ปรากฎว่าพฤติกรรมที่สังเกตได้นั้นเห็นด้วยกับการคาดการณ์ทางทฤษฎี แต่เมื่อเราเพิ่มความดันที่สูงกว่า 250 GPa ใกล้ 2000 K เราพบว่าน้ำแข็งผ่านการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างอะตอมของมันเพื่อให้มีการจัดเรียงอะตอมออกซิเจนที่กะทัดรัดยิ่งขึ้น

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>สล็อตเว็บตรง