可控纳米尺度气液界面

当液体遇到气体时，就会形成一个独特的区域。由于本质的变化，分子可以从一种状态过渡到另一种状态，以独特的方式结合到理想或不理想的末端。从一杯咖啡散发的热量到化学溶液中分子浓度的增加，气液界面在自然界和工程中无处不在。但迄今为止，由于缺乏能够精确控制这种气液界面的工具，限制了它们的应用。

论文作者、大阪府立大学工程研究生院化学工程副教授严旭说：“无论是工程设计还是在自然界中发生的，气液界面在许多化学和生物过程中都扮演着重要角色。”。例如，纳米尺度的气液界面已经在碳纳米管和多孔膜中随机生成，但由于纳米流体通道太小，无法使用传统的表面控制方法，因此制造可控的纳米尺度仍然具有挑战性

Xu说，射流装置有助于研究人员捕获目标分子，检查特定性质，以及通过精确控制几何结构设计的纳米级通道的力相互作用。

在里面微流控该装置包含的通道比纳米流体装置中的通道大1000倍，通道的表面可以改变以吸引或排斥特定分子。“这种表面修饰通常用于微流控通道，但其在纳米流体通道中的适用性几乎从未被探索过，”徐说。

虽然微流控器件可以由多种材料制成，但纳米流体器件需要玻璃基板。据徐说，玻璃的光学透明性、热稳定性和机械稳定性等特性使其成为一种有利的材料材料广泛应用于各种学科，是纳米流体学的理想材料。

虽然玻璃在本质上是亲水的，但可以使其成为疏水的，这是一种用于表面修饰的技术，有助于阻止样品液体中的分子与玻璃中的分子结合。研究人员还制作了宽度约为一张纸1/1000的玻璃纳米通道，并精确放置亲水性金纳米图案，以在纳米通道入口处局部吸引液体分子。金纳米图案是使用一种被称为“纳米-纳米”集成的技术制作的，该技术由研究人员开发，允许在微小的纳米流体通道中精确绘制更小的功能性纳米图案。

由此产生的纳米流体装置只比一张邮票稍大一点，厚度并不多。不同尺寸的纳米通道，人眼看不到，位于中心，夹在两个马蹄铁形状的液体导入系统之间。

为了测试疏水处理，研究人员将水推入更宽的一维纳米通道中。在未经处理的通道中，水会通过与植物在没有任何外部压力的情况下将水从根部输送到叶子相同的力，沿着更窄的二维纳米通道流动。

Xu说:“相比之下，我们观察到，当外部压力达到400kPa时，水流在2D纳米流体通道的入口处停止。”这相当于一个家庭水龙头的平均水压。超过这个压力，研究人员发现水会破坏纳米流体通道。

测试验证了通道的疏水特性，因此研究人员接下来在高压下用乙醇水溶液填充通道，然后用空气从左侧通道中去除液体，创造了一个气液界面。在零压力下，界面移动到二维纳米通道入口，均匀地停在亲水的金纳米图案处，保持一个多小时。在一定的外部压力下，界面可以沿纳米流体通道进行传输。

随着纳米级气液界面的稳定性得到证实，研究人员还成功测试了纳米级界面中感兴趣的分子浓缩能力。

研究人员计划进一步开发基于芯片的分析和诊断设备，能够从极小的样本中分离、浓缩和检测生物物质，如病毒或生物标记物。

“在亲水和疏水纳米图形纳米流体通道中制造的纳米级气液界面提供了在明确定义的纳米级空间精确富集目标分子的可能性，对未来的各种化学、物理和生物过程和应用产生了革命性的影响，”徐说。

研究人员发表了他们的研究结果纳米快报.