Ученые из Индийского института науки разработали новую технику капсулирования капель жидкости, используемую для различных целей, включая выращивание монокристаллов и культуру клеток.
В этом методе используется капиллярный эффект – подъем жидкости через узкое пространство – для покрытия капель композитной оболочкой, содержащей маслолюбивые и гидрофобные частицы. Он дает возможность регулировать толщину оболочки в широком диапазоне, позволяя инкапсулировать капли разных размеров.
Капли играют важную роль в различных научных областях.
«В микрореакторах капли можно использовать для создания различных реакционных сред или смешивания различных химических веществ. В системах доставки лекарств капли могут использоваться для доставки лекарств или других агентов к определенным тканям или органам. В исследованиях кристаллизации капли можно использовать для контроля роста кристаллов. А на платформах клеточных культур капли можно использовать для выращивания клеток в контролируемой среде, что может помочь улучшить жизнеспособность и пролиферацию клеток», - объясняет ведущий исследователь, Рутвик Латиа (Rutvik Lathia).
Однако при использовании таких капель существует ряд проблем. Они уязвимы для загрязнения из окружающей среды, легкость и успех конкретного процесса во многом зависят от поверхности, на которую они упали, и они могут довольно быстро раствориться в воздухе. Хотя инкапсулирование капель жидкостью или твердыми веществами, которые не смешиваются с каплями (например, капли воды внутри масляной оболочки), является вероятным решением, позволяющим избежать этих проблем, создание прочной, непрерывной оболочки с регулируемой толщиной в сверхмалых масштабах до сих пор оказалось невозможным.
Чтобы решить эти проблемы, Просенджит Сен (Prosenjit Sen), доцент Центра нанонауки и инженерии, и его команда разработали новый метод принудительной маскировки с помощью капиллярных сил, позволяющий улавливать капли внутри коллоидных частиц и поверхностей, пропитанных жидкостью.
Сначала, они тщательно покрыли капли небольшими гидрофобными и маслолюбивыми шариками, превратив их в то, что они называют "жидким мрамором" (Liquid Marbles). Когда этот "жидкий мрамор" остается на пропитанных маслом поверхностях, начинают действовать капиллярные силы, позволяя маслу подниматься вверх в крошечные поры, созданные между отдельными шариками. Эти шарики играют решающую роль в стимулировании и стабилизации образования жидкой пленки вокруг капли, эффективно инкапсулируя ее. Исследователи также смогли использовать воск вместо масла, чтобы создать твердую оболочку, регулируя температуру.
Команда обнаружила, что такая инкапсуляция снизила скорость испарения капель почти в 200 раз, увеличив срок службы этих капель. Они также смогли гибко регулировать толщину оболочки в широком диапазоне – от 5 мкм до 200 мкм. Это позволило им создать капли объёмом от 14 нл до 200 мкл.
«Наш метод инкапсуляции капель открывает множество новых возможностей в области приложений, связанных с каплями. Настраиваемая природа оболочек, как твердых, так и жидких, позволяет точно контролировать различные параметры, что делает их универсальными для приложений в химии, биологии и материаловедении», — говорит Сен.
Исследователи использовали эти покрытые капли для успешного выращивания монокристаллов. Они также могли бы использовать капли с покрытием для биологических целей, таких как 3D-культура клеток и выращивание дрожжевых клеток в лаборатории, с повышенными показателями успеха.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.
Источник: Eurekalert
