תחום biosensing מצאה לאחרונה שותף סביר בחיפוש אחר רגישות מוגברת: טבעות קפה.
בפעם הבאה שאתה שופך את הקפה על השולחן, להסתכל במקום עזבו לאחר הנוזל מתאדה, ואתה תשים לב יש לו טבעת כהה מסביב שלה המכיל ריכוז גבוה בהרבה של חלקיקים מאשר במרכז.
בגלל זה "טבעת קפה" התופעה מתרחשת עם נוזלים רבים אחרי שהם שמתאדים, המדענים הראו כי טבעות כאלה יכולים לשמש לבדיקת דם או נוזלים אחרים על סמני המחלה באמצעות מכשירים biosensing. אך הבנה טובה יותר של איך הטבעות האלה מתנהגים בבית מיקרו בקנה מידה ננו כנראה יהיה צורך bionsensors מעשית.
"הבנת מיקרו וננו חלקיקים תחבורה בתוך טיפות נוזל מתאדים יש פוטנציאל גדול עבור יישומים טכנולוגיים, ובהם nanostructure הרכבה עצמית, דפוסים ליתוגרפיה, ציפוי החלקיקים, והריכוז biomolecule ההפרדה ואת", אמר צ'ין מינג הו, בן עשירים, לוקהיד מרטין פרופסור באוניברסיטת UCLA הנרי Samueli בית הספר להנדסה ומדע יישומי ומנהל המרכז לבקרת Cell-UCLA. "עם זאת, לפני שנוכל מהנדס biosensing התקני לעשות ליישומים אלו, אנחנו צריכים לדעת את גבולות מוחלט של תופעה זו. לכן המחקר שלנו פנה כימיה פיזיקלית כדי למצוא את גבולות הנמוך ביותר של היווצרות טבעת קפה."
קבוצת מחקר בראשותו של הו, חבר האקדמיה הלאומית להנדסה, יש למצוא כעת את סף מינימלי סופי מיקרוסקופיים של היווצרות טבעת קפה, אשר ניתן להשתמש בהם כדי לקבוע סטנדרטים עבור התקנים biosensor לגילוי מחלות רבות, כמו גם שימושים אחרים . המחקר מופיע בגיליון הנוכחי של כתב העת של B לכימיה פיסיקלית זמינה באופן מקוון.
"אם אנו רואים דם אנושי, או רוק, יש הרבה מיקרו בקנה מידה ננו מולקולות או חלקיקים שנושאים מידע בריאותי חשוב", אמר טאק-Sing וונג, אחד החוקרים ואת חוקר פוסט דוקטורט במחלקה UCLA של הנדסה של וחלל מכני הנדסי. "אם אתה שם זה דם או רוק על פני השטח, ואז הוא מתייבש, חלקיקים אלו ייאספו באזור קטן מאוד בזירה. בעשותם כך, אנו יכולים לכמת את אלו סמנים ביולוגיים על ידי טכניקות חישה שונים, גם אם הם מאוד קטן בסכום קטן הטיפות ".
כאשר מים מתאדים מן אגל, חלקיקים מרחפים בתוך נוזל כדי להזיז את הקצוות של רביב. לאחר שכל המים התאדו, חלקיקים מרוכזים בטבעת סביב הכתם שנותר מאחור. עם זאת, אם רביב הוא קטן מספיק, המים יתאדו מהר יותר מאשר להזיז חלקיקים. במקום טבעת, לא יהיה ריכוז אחיד יחסית את הכתם, כמו חלקיקים לא היה לי זמן מספיק כדי לעבור את הקצוות ועדיין בנוזל.
"זוהי תחרות בין זמנים של אידוי של רביב ועל לוח זמנים של תנועת החלקיקים המכתיב קפה טבעת היווצרות", אמר שן Xiaoying, המחבר הראשי של נייר המיקרואלקטרוניקה בכירים הגדולות באוניברסיטת פקינג בסין, מי שעבד על ניסויים אלה בזמן חכמי הצלב UCLA המשמעתי מדע וטכנולוגיה (CSST) תוכנית הקיץ האחרון.
כדי לקבוע את גודל טיפה קטן זה היה עדיין להראות טבעת קפה לאחר אידוי, צוות המחקר מיוצרים משטח מיוחד מצופה דפוס שחמט זה מובלט לסירוגין הידרופילי, או אוהב מים, חומר הידרופובי, או דוחה מים, חומר.
הקבוצה ואז להציב חלקיקי לטקס, הנעים בגודל 100 ננומטר ל -20 ננומטר, בתוך המים. חלקיקים היו דומים בגודלם מחלות סמן חלבונים biosensors יחפש.
הקבוצה הדיחה את השטח החדש עם המים, החלקיקים רווי. המים שנותרו בשורה כמו טיפות על כתמים הידרופילי, כמו דמקה על לוח שחמט. הקבוצה חזרה על ניסויים בדגמים קטנים לרשת עד לתופעה קפה טבעת כבר לא היה ברור. עבור 100 ננומטר חלקיקים בגודל זה התרחש בקוטר טיפה של כ 10 מיקרומטר, או בערך 10 פעמים יותר מאשר רוחב של שערת אדם. בשלב זה המים התאדו לפני חלקיקים לו מספיק זמן כדי לעבור למתחם.