В лабораториях проводится достаточно большое количество интересных опытов. В числе прочего проводятся эксперименты по управлению объектами посредством электрических полей. Попробуем подробнее разобраться в этом вопросе.
Лаборатория на чипе: как электричество заменяет насосы
Микрочипы-лаборатории, также известные как «лаборатории на чипе» (lab-on-a-chip), где электрическое поле используется для перемещения жидкостей без механических насосов, применяются в медицинской диагностике, биохимическом анализе, генетических исследованиях и химическом синтезе на микромасштабе.
Российские исследователи обнаружили эффект, который позволит усовершенствовать применяемые в медицине и научных исследованиях «лаборатории на чипе». Построенная модель и обнаруженный эффект могут быть использованы при проектировании новых микрофлюидных устройств, например, сенсоров и микрочипов.
Электрокинетические эффекты: четыре явления в одном чипе
Используя эти явления, можно разделять молекулы ДНК и белки по размерам, отделять живые клетки от мертвых и создавать насосы без движущихся частей.
Электрофорез: движение заряженных частиц в электрическом поле
Электрофорез — это явление движения заряженных частиц в электрическом поле. Он используется для разделения молекул ДНК и белков по размерам.
Молекулы ДНК и белки имеют разный размер и заряд. Когда через микроканал с жидкостью пропускают электрическое поле, заряженные молекулы начинают двигаться с разной скоростью. Чем меньше молекула — тем быстрее она движется. Это позволяет разделять их по размерам.
Диэлектрофорез: управление нейтральными частицами
Диэлектрофорез — это явление движения нейтральных частиц в неоднородном электрическом поле. Оно позволяет управлять объектами, которые не имеют собственного заряда.
В отличие от электрофореза, где движутся заряженные частицы, диэлектрофорез работает с нейтральными объектами. Например, можно отделять живые клетки от мертвых, потому что они имеют разную диэлектрическую проницаемость.
Электроосмос: поток жидкости без насосов
Электроосмос — это явление движения жидкости вдоль поверхности под действием электрического поля. Оно позволяет создавать насосы без движущихся частей.
В микрофлюидных устройствах электроды создают электрическое поле вдоль поверхности канала. Это поле заставляет жидкость двигаться без механических насосов. Это упрощает конструкцию устройства и повышает его надежность.
Двойной электрический слой: основа электростатического взаимодействия
Двойной электрический слой — это слой заряженных ионов, который образуется на поверхности проводника в жидкости. Он является основой электростатического взаимодействия в микрофлюидных системах.
Когда на электроды подается напряжение, на поверхности канала образуется двойной электрический слой. Этот слой взаимодействует с жидкостью и создает электрическое поле, которое управляет движением жидкости.
Нанотехнологии: манипулирование атомами и молекулами
Например, в нанотехнологиях электростатические силы используются для манипулирования отдельными атомами и молекулами, что открывает двери к созданию сверхмалых и высокоэффективных устройств.
Электростатические силы позволяют перемещать атомы и молекулы с высокой точностью. Это необходимо для создания наномашин и сверхмалых устройств.
Электронно-ионная технология: силовое воздействие электрического поля
В сельскохозяйственном производстве применяют различные виды воздействия электрических полей на помещенные в них объекты: тепловое, силовое, биологическое. Силовое воздействие электрического поля применяют в электронно-ионной технологии (ЭИТ).
ЭИТ — это область электротехнологии, использующая взаимодействие сильных электрических полей с электрически заряженными частицами твердого или жидкого материала с целью придания им различных форм упорядоченного и целенаправленного движения.
Электротаксис: миграция клеток под электрическими полями
Другим примером может служить для изучения миграции клеток направленного «под электрическими полями (EFS), явление назвали электротаксис».
Электротаксис — это явление направленного движения клеток под действием электрического поля. Это позволяет изучать поведение клеток в контролируемых условиях.
Итог: почему электрические поля — идеальный инструмент для лаборатории
Микрочипы-лаборатории, где электрическое поле используется для перемещения жидкостей без механических насосов, применяются в медицинской диагностике, биохимическом анализе, генетических исследованиях и химическом синтезе на микромасштабе.
Используя явления электрофореза, диэлектрофореза, электроосмоса и двойного электрического слоя, можно разделять молекулы ДНК и белки по размерам, отделять живые клетки от мертвых и создавать насосы без движущихся частей.
В нанотехнологиях электростатические силы используются для манипулирования отдельными атомами и молекулами, что открывает двери к созданию сверхмалых и высокоэффективных устройств.
Электрические поля позволяют управлять объектами в лаборатории с высокой точностью, без механических контактов и без нагрева. Это идеальный инструмент для современных научных исследований.
А вы тоже думаете, что электрические поля – это идеальный инструмент для лаборатории? Делитесь своим мнением в комментариях.