Natuurkundigen ontwikkelen nieuwe methode om minuscule druppels te manipuleren
Onderzoekers van onderzoeksinstituut MESA+ van de Universiteit Twente, de Stichting FOM en de Technische Universiteit Eindhoven hebben samen met industriële partners ASML en Océ een nieuwe methode ontwikkeld om minuscule druppeltjes te manipuleren. Het fundamentele onderzoek kan van pas komen op compleet verschillende terreinen: van minuscule laboratoria op chips, tot de halfgeleiderindustrie en de oliewinning. Het onderzoek is op 11 april 2014 gepubliceerd in het toonaangevende wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.
De onderzoekers van de vakgroep Physics of Complex Fluids van de Universiteit Twente zijn wereldwijd leidend op het gebied van 'electrowetting'. Hiermee kun je kleine druppels laten vervormen en in beweging zetten met behulp van een extern elektrisch veld. Technologie die op tal van terreinen van pas komt, bijvoorbeeld in lab-on-a-chip technologie, opto-fluïdica en displaytechnologie.
Knikkerbaan
In het onderzoek dat op 11 april is gepubliceerd , draaiden de onderzoekers de methode om. Ze laten zien dat je het elektrische veld ook kunt gebruiken om druppels te vertragen of compleet te laten stoppen.
In hun experimenten lieten de onderzoekers druppeltjes naar beneden glijden, over een hellend oppervlak dat sterk waterafstotend is. Door lokaal op het hellende vlak een elektrisch veld aan te leggen, slaagden ze er in om druppels af te remmen of zelfs helemaal tot stilstand te laten komen (zie filmpje). Prof.dr. Frieder Mugele, die betrokken was bij het onderzoek, vergelijkt het met een knikkerbaan: "Op een knikkerbaan versnellen knikkers in eerste instantie. Als je nu een kuiltje in de baan maakt, dat diep genoeg is en bij voldoende wrijving, komen de knikkers uiteindelijk helemaal tot stilstand. In ons onderzoek doen we precies hetzelfde. In dit geval is het kuiltje echter geen fysieke kuil, maar een 'potentiaalput', gegenereerd door een instelbaar spanningsverschil." De onderzoekers ontwikkelden een wetenschappelijk model dat het geobserveerde druppelgedrag nauwkeurig beschrijft.
Gericht manipuleren
Hiermee hebben de wetenschappers een nieuwe methode in handen om heel gericht kleine druppels te manipuleren. Dit is ideaal voor microfluïdische systemen, zoals labs-on-a-chip (kleine laboratoria ter grootte van een chip) waarmee je onder andere bloedonderzoek kunt doen. Je kunt met de methode bijvoorbeeld druppels met daarin een kankercel scheiden van druppels met daarin een andere cel. Voordeel van de methode is dat deze een hoge doorstroom van druppels mogelijk maakt, terwijl je wel in staat bent om de individuele druppels nauwkeurig te manipuleren (zie filmpje), zoals de wetenschappers in een eerdere publicatie dit jaar in het tijdschrift Lab-on-a-Chip hebben laten zien. Verder kan het onderzoek bijvoorbeeld worden toegepast om chips te reinigen in de halfgeleiderindustrie en voor onderzoek naar methodes meer olie uit bestaande olievelden te halen.
Onderzoek
Het onderzoek is uitgevoerd binnen het FOM Industrial Partnership Programme (IPP) 'Contact Line Control During Wetting and Dewetting' door onderzoekers van de vakgroep Physics of Complex Fluids van onderzoeksinstituut MESA+ van de Universiteit Twente. Bij het onderzoek is nauw samengewerkt met onderzoekers van vakgroep Mesoscopic Transport Properties van de Technische Universiteit Eindhoven. Het onderzoek is mede mogelijk gemaakt door de Stichting FOM, ASML en Océ.
Contact
Joost Bruysters, wetenschapsvoorlichter Universiteit Twente, +31 (0)53 489 27 73
Referentie
Trapping of drops by wetting defects , Nature Communications, 11 april 2014 (open access)