Нанофлюидика – относительно новое и интенсивно развивающееся направление нанотехнологий, связанное с изучением и применением на практике течений жидкости в наноразмерных каналах и соответствующих эффектов.

Однако с практическим применением достижений нанофлюидики связано несколько важных проблем: в частности, проблема интеграции наноканалов в макрообъекты. Данную проблему удалось решить международной группе учёных, состоящей из двух американцев и одного корейца, которые создали трёхмерный наноразмерный электрод на жидком стекле (NLGE) внутри монолитной подложки без нанесения плёнок каких-либо проводящих материалов с использованием фемтосекундного лазера. Сам электрод состоит из наноканала, оканчивающегося наноразмерным наконечником, который при приложении довольно значительного потенциала в десятки и сотни вольт обратимо переходит в проводящее состояние (Рисунок 1).

Результаты, проведённого авторами работы моделирования показывают, что данный электрод из-за малых размеров просто не разогревается вследствие протекания тока – джоулево тепло эффективно отводится от него в окружающую среду (Рисунок 2).

Также с целью демонстрации эффективности и действенности технологии NLGE был создан электрокинетический насос (Рисунок 3), который на сегодняшний день является самым миниатюрным в мире (его характеристический размер всего лишь 0,6 мкм) и, пожалуй, достоин занесения в книгу рекордов Гиннеса. На Рисунке 4 представлены характеристики данного насоса.

Как уверяют авторы работы технология NLGE в скором будущем найдёт своё применение в таких быстро формирующихся и развивающихся областях прикладной науки, как лаборатории на чипе, наноактюаторы и наносенсоры.

Источник: Статья Liquid glass electrodes for nanofluidics опубликована в журнале Nature Nanotechnology

Опубликовал(а): Смирнов Евгений Алексеевич

Рисунок 1. Обратимое «разрушение» диэлектрического барьера. a, b) NLGE электрод, приложенное напряжение 10 В, протекающий ток – 18,4 нА. c, d) свободный наноканал (без электрода), приложенное напряжение 10 В, протекающий ток – 53,4 нА, при этом происходит перенос флуоресцентного красителя родамина.

Рисунок 2. Результаты осисимметричного моделирования: a) электрическое поле, b) проводимость, с) плотность тока, d) джоулево тепло.

Рисунок 3. Прототип наноинжектора, управляемого одним NLGE электродом. a) TEM-изображения электрокинетического насоса (красные кровяные тельца представлены на рисунке для сравнения). b) Схема работы наноинжектора (желтый – области с низким давлением, красный – области с высоким давлением). с) Визуализация потока с помощью флуоресцентного красителя.

Рисунок 4. Характеристики электрокинетического насоса.