Microdeeltjes plukken uit een vloeistofstroom

Onderzoekers van de Universiteit Twente presenteren de techniek in Advanced Materials.

Microbolletjes die de bloedcirculatie stimuleren of een vaccin beter afleveren, pleisters met micronaaldjes die pijnloos injecteren, microvezels die sterk aan je lichaam hechten, microlenzen die lijken op de ogen van insecten: in veel toepassingen is de vraag naar bio-inspired materialen gegroeid. Dit vraagt om bouwblokjes op microschaal die in grote aantallen en nauwkeurig zijn te maken. Toch zijn de fabricageprocessen vaak arbeidsintensief of niet snel genoeg, niet goed op maat te maken of zit er te veel variatie in de afgeleverde microdeeltjes. Het kan wel met lab-on-chip technieken, die weliswaar nauwkeurig zijn maar niet snel, of met chemische etstechnieken die verschillende stappen vereisen. In hun nieuwe studie laten de onderzoekers zien dat het mogelijk is om de gewenste deeltjes te maken vanuit een continue vloeistofstroom. Tot ruim 4000 per seconde.

UV belichting onderweg

Op het eerste gezicht lijkt het op inkjet printing: er komt een vloeistofjet uit een printerkop, nozzle, de continue stroom breekt op een gegeven moment op in druppeltjes. Alleen wachten de onderzoekers in dit geval niet tot de vloeistof op een oppervlak valt om letters of figuren te vormen. Onderweg belichten zij de jet al met ultraviolet licht. Het gevolg is dat de vloeistof ter plekke een polymeer vormt.

Jieke Jiang, eerste auteur van het paper: "Welk materiaal we precies maken, hangt af van de locatie van belichting. Als we de vloeistofstroom (van polyethyleen glycol diacrylaat, PEGDA) belichten terwijl die nog continu is, krijgen we fibers. Vanaf het moment dat de jet opbreekt in druppels, kunnen we er bolletjes van maken. Gebruiken we gepulst UV-licht, dan kunnen we fibers maken van zeer goed gedefinieerde lengte. Verder kunnen we ook nog met de chemie ‘spelen’. Door bijvoorbeeld polyurethaan toe te voegen, kunnen we fibers maken die sterker zijn. Al deze eigenschappen kunnen we heel nauwkeurig sturen."

Zonnecellen en Led-displays

Het is zelfs mogelijk om een holle vezel te maken of twee materialen te combineren zoals de ‘Janusvezel’ die voor de helft uit een materiaal bestaat en voor de helft uit een ander, zoals een Januskop twee gezichten heeft. Dit kan met twee vloeistofstromen die op dezelfde plek UV-belicht worden. Met twee materialen krijg je een actieve vezel die reageert op stimuli. De techniek leent zich daarnaast voor microlenzen die, aangebracht op het oppervlak van zonnecellen, de opbrengst kunnen vergroten of de lichtopbrengst van Led-displays kunnen verbeteren.