Иногда необходимо выполнить анализ частиц, взвешенных в капле жидкости. Но заставить эти частицы переместиться на поверхность сенсора – непростая задача, которую решает новый «гибридный оптоэлектрический»  прибор.

Гибридное оптоэлектрическое устройство использует лазерный луч для перемещения мелких частиц (например, вирусов или бактерий) на поверхность датчика

Разработчики из Purdue University (США) создали инструмент для медицинской диагностики, исследования продуктов питания и питьевой воды на наличие болезнетворных микробов, а также для судебно-медицинской экспертизы. Технология использует сочетание лазерного излучения и электрического поля для изменения положения микроскопических частиц, в частности бактерий, вирусов и ДНК, заключенных в крошечные капли, и самих этих капель. 

В ряде случаев бывает необходимо выполнить анализ частиц, заключенных в капле воды. Капля помещается на поверхность сенсора, и обычно для того, чтобы взвешенные в ней частицы были обнаружены, им необходимо случайно попасть на поверхность датчика. Чтобы повысить эффективность работы устройства, необходимо с помощью светового или электромагнитного воздействия на каплю (или частицы внутри неё) заставить их оказаться на поверхности сенсора. 

Другие методы анализа, использующие либо свет, либо электрическое поле в отдельности, позволяют изменять положение либо капли жидкости, либо заключенной в ней частицы, но не одновременно. Новый «гибридный оптоэлектрический» прибор может действовать в обоих этих направлениях, активно перемещая частицы в области, где они могут быть проанализированы. 

Метод является универсальным в том смысле, что позволяет работать с каплями и частицами различных размеров - от нескольких нанометров до миллиметра. 

Данная технология может быть использовании при создании «лабораторий-на-чипе», позволяющих анализировать различные биологические образцы. Такие датчики могут быть использованы для быстрого анализа биологических жидкостей человеческого организма, в том числе при наркологическом обследовании, для выявления ишемической болезни сердца, опухолей и различных наследственных заболеваний, для определения отцовства, а также присутствия различных бактерий, вирусов и грибков, которые трудно выявить обычными лабораторными методами. 

Ключевую роль в данной технологии играют электроды из смеси оксидов олова и индия, прозрачного электропроводящего материала, который широко используется при производстве экранов сенсорных дисплеев. Капли жидкости располагаются на поверхности этого электрода, а инфракрасный лазер нагревает каплю и электрод одновременно. Внутри нагретой капли возникает «микрофлюидальный вихрь», вызванный воздействием электромагнитного поля. Этот вихрь помогает исследователям изменять положение частиц в циркулирующей жидкости, перемещая инфракрасный лазер. Частицы накапливаются только в подсвеченной лазером области. 

Данная технология также может быть использована при производстве сенсоров и других устройств. Для этого необходимо будет модифицировать явление, известное как эффект «кофейного кольца»: при испарении жидкости содержащиеся в ней частицы образуют «кольцо» - область повышенной концентрации частиц в той зоне, где располагался край капли до её высыхания. Поскольку осадок формируется только на подсвеченных лазером участках, технологию можно применить для управляемого создания микроскопических структур для биосенсоров и электроники. Разработчики успешно протестировали этот метод для создания контролируемых микросборок. 

По пресс-релизу Purdue University