Создан уникальный "спидометр" для лаборатории-на-чипе

Скорость потока вычисляется на основе измерений трех электродов в микроканале. Изображение K. Mathwig et al., Phys. Rev. Lett., 2012

Инженеры создали детектор, измеряющий скорости рекордно медленных потоков - менее 10 пиколитров в минуту. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте Американского физического общества.

Обычно скорость потока жидкостей в капиллярах измеряется при помощи флюоресцентных меток, за которыми наблюдают в микроскоп. Это, однако, требует наличия громоздкого оптического оборудования. Исследователи решили применить другой подход - использовать для измерения потока перенос электрического заряда между электродами, находящимися в жидкостном канале.

Авторы создали в кремнии микроскопический капилляр длиной в 5000 и шириной в 130 нанометров. В его полость были выведены три электрода, которые измеряли перенос электрических зарядов между стенками канала. Переносчиками выступали обычные ионы электролитов.

Из-за того, что объем канала был чрезвычайно мал (10 фемтолитров, 10*10^-15литра), то во время движения жидкости локальная концентрация электролитов постоянно колебалась. В соответствии с ней изменялась и проводимость между парами электродов, расположенных на входе и на выходе из канала. Измерив задержку в флуктуациях между этими парами электродов, физики смогли вычислить скорость потока жидкости.

Детектор оказался способен измерить скорости потока вплоть до 10 пиколитров (10^-12литра) в минуту. При такой скорости один миллилитр жидкости пройдет через капилляр примерно за 190 лет. Это самая медленная скорость потока, которую на данный момент удалось надежно измерить. Ранее этой же группе инженеров удалось при помощи подобного же метода детектировать в капилляре одиночную молекулу.

Разработка подобных детекторов требуется для создания лабораторий-на-чипе. Предполагается, что эти компактные устройства, принципы работы которых изучает микрогидродинамика (или микрофлюидика) будут способны детектировать следовые количества самых разнообразных веществ в очень маленьком объеме образцов.