Новости химической науки > Микроструйное устройство работает «от пальцев»

Исследователи из США продемонстрировали, что микрокапиллярное устройство может работать, питаясь только механической энергией руки человека.

Поведение жидкости на поверхности заряженного диэлектрика может контролироваться за счет изменения электростатических свойств этой поверхности – это явление известно как электросмачивание [electrowetting on dielectric phenomenon (EWOD)]. Это явление применяется в цифровых микрокапиллярных устройствах, где за счет электросмачивания обычно происходит контроль отдельных капель жидкости, содержащих образцы для анализа или реагент. Однако необходимость применения громоздких источников внешнего питания в настоящее время ограничивает применимость микрокапиллярных технологий, работающих за счет электросмачивания, в биомедицинских и других устройствах.

Движение генерирует пьезоэлектрические потенциалы, которые управляют каплями в микрокапиллярной системе. (Рисунок из Lab Chip, 2014, DOI: 10.1039/c3lc51223a)

Чень Пен (Chen Peng) с коллегами из Университета Калифорнии (Лос-Анжелес) разработал систему, которая позволяет конвертировать импульсы механической энергии, проявляющиеся, например, в давлении пальцами на пьезоэлектрические элементы в импульсы тока, способные давать достаточно энергии для работы устройства, работающего с использованием принципа электросмачивания.

Пен поясняет то, как механическая энергия преобразуется в электрическую: сгибание пьезоэлектрического элемента вызывает механическое напряжение в расположенной на его поверхности пленке пьезоэлектрика. Из-за напряжения электрический заряд накапливается на поверхности материала, в результате чего его электрические характеристики изменяются.

Как поясняет Пен, использование пьезоэлектрического эффекта в устройстве, работающего на принципе электросмачивания, было не простой задачей, поскольку пьезоэлектричество, хотя и генерирует нужную разность потенциалов, генерирует ток не очень большой силы. Хотя устройство, работающее с использованием электросмачивания, главным образом управляется разностью потенциалов, ток для его работы должен обладать силой, достаточной для заряда конденсаторов устройства. Исследователям пришлось тщательно рассмотреть все аспекты, вязанные с устройствами электросмачивания, включая их емкость, пусковое напряжение и надёжность, чтобы добиться воспроизводства работы систем контроля механически контролируемых микрокапиллярных систем.

Аарон Вилер (Aaron Wheeler), специалист по цифровым микрокапиллярным устройствам из Университета Торонто отмечает, что приведение в действие устройств для электросмачивания за счет пьезоэлектричества кажется весьма заманчивым – применение «пассивных» устройств, не требующих внешних источников энергии, может оказаться весьма разносторонним.

Источник: Lab Chip, 2014, DOI: 10.1039/c3lc51223a

метки статьи: #нанотехнологии, #физическая химия, #химия поверхности, #электрохимия