Corona-Testgeräte werden deutlich robuster
Nanostrukturierte Oberflächen von Forschern der University of Sydney reduzieren die Reibung
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Nanobläschen in extremer Vergrößerung: Basis für neue Hightech-Geräte (Foto: sydney.edu.au) |
Sydney (pte024/25.01.2022/12:30)
Eine überraschende Entdeckung von Forschern der School of Chemistry der University of Sydney http://sydney.edu.au ebnet den Weg zu zuverlässigeren medizinischen Kleindiagnosegeräten - wie ein Labor auf einem Chip für DNA-Analysen und zum biomedizinischen Nachweis von Krankheitserregern. Auch der heute wegen der Corona-Pandemie so wichtige PCR-Test, mit dem sich das Virus zuverlässig nachweisen lässt, könnte einfacher werden. Denn die Experten haben die innere Oberfläche der winzigen Röhrchen, durch die Reaktionsflüssigkeiten fließen, mit einer Struktur im Nanoformat beschichtet. Passierende Flüssigkeiten bilden auf diesen Flüssigkeiten einen Film aus Nanobläschen, die den Widerstand reduzieren. Sie wirken wie Schmieröl, das in Verbrennungsmotoren die Reibung zwischen Kolben und Zylinderwand reduziert.
Ähnlich wie der Lotos-Effekt
Die physikalische Wirkung ähnelt dem Lotos-Effekt, den der Bonner Biologe Wilhelm Barthlott in den 1970er-Jahren entdeckte. Er baute die fein strukturierte Oberfläche von Lotos-Blättern nach. Daran rutscht alles rückstandslos ab, selbst Honig. Der Unterschied zur australischen Entwicklung: Die Oberfläche erhält ihre "Schmierwirkung" erst, wenn eine Flüssigkeit entlangfließt. Die Nanostruktur des Teams unter der Leitung von Chiara Neto reduziert den Widerstand gegenüber einer glatten Fläche um bis zu 38 Prozent.
Viele medizinische Diagnosewerkzeuge beruhen auf der kleinräumigen Analyse winziger Mengen biologischer und anderer Materialien in flüssiger Form. In diesen "mikrofluidischen Geräten" sind Mikrokanäle und -reaktionsräume, bei denen Reaktionen, die normalerweise in großem Maßstab in einem Chemie- oder Pathologielabor durchgeführt werden, in einem miniaturisierten Maßstab erprobt worden. Die Analyse extrem kleiner Materialmengen ermöglicht eine schnellere und effizientere Diagnose. Das Problem bei diesen mikrofluidischen Geräten besteht jedoch darin, dass der Flüssigkeitsstrom durch Reibung mit den Wänden der Kanäle dramatisch verlangsamt wird.
Proben werden nicht beschädigt
Um diesen Widerstand zu überwinden, sind hohe Drücke nötig. Diese können auch empfindliche Proben wie Zellen und andere weiche Materialien beschädigen. Darüber hinaus werden die festen Wände leicht durch biologische Moleküle oder Bakterien verschmutzt. All das verhindert die neue Nanostruktur. "Wir können die inneren Oberflächen jetzt so gestalten, dass die Energie, die erforderlich ist, um den Durchfluss in engen Geometrien zu fördern und Verschmutzungen zu reduzieren, minimiert wird", sagt Neto.
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