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研究人员开发了介电泳镊用于有毒纳米颗粒

韩国的一个研究团队开发了一种技术,可以有效控制细颗粒物和纳米塑料,它们是人类毒性和生态系统干扰的主要原因。这项技术允许对人眼看不到的纳米颗粒进行实时分类、净化和浓缩,具有巨大的应用潜力,不仅用于清除自然环境中的有毒颗粒,而且用于清除病毒和检测痴呆症相关蛋白和癌症诊断标记。由于其广泛的适用性,该技术受到了科学界和学术界的广泛关注。

Yong-sang Ryu博士领导的研究小组,传感器系统研究中心在国家议程研究部门韩国研究所科技院(KIST)处理Sin-Doo Lee博士领导的研究小组在首尔国立大学电子与计算机工程系,宣布nanogap电极的发展能捕捉到小至20纳米的超细粒子漂浮(nm, 1/1000人类头发的厚度)。研究小组将新开发的电极成功用于细胞外囊泡(外泌体)的选择性浓缩和定位实验,这在药物开发领域具有潜力,并可作为癌症和痴呆相关蛋白的新的诊断标记。

世界各地的研究人员都在寻求在不损害纳米颗粒的情况下操纵它们的技术。获得2018年诺贝尔物理学奖的光镊技术就是这类技术的代表。然而,事实证明,要超越单个粒子水平的操作/测量并实现大规模商业化是困难的。研究人员在收集、分选、净化和浓缩100纳米或更小颗粒的缩放机制上多次遇到技术限制;然而,这种机制需要在大规模大气和水环境中工作。

KIST-SNU联合研究团队,通过厘米级设备生产粒子浓度和净化实验,能够克服这些限制,成功扩大nanogap电极通过将纳米绝缘子电影两个电极之间的垂直对齐,允许dielectrophoretic镊子技术适用于大面积。介电泳是一种技术,其中波长振动数百至数千次每秒两个电极形成一个不均匀的电场分布电极。然后电极被用来吸引或排斥纳米间隙附近的粒子。

联合研究小组进行了实验,以寻找可以使用普遍可用的半导体工艺而不是现有昂贵设备的技术。在实验过程中,研究小组发现,电极在不对称电极排列的垂直阵列中产生的介电泳力比传统水平排列的纳米隙阵列大10倍以上。这一发现同时解决了与纳米间隙技术相关的放大问题和降低了成本。使用传统的水平电极阵列生产方法,生产足够覆盖指甲面积的纳米间隙电极是相当昂贵的。新的介电泳技术生产的纳米间隙电极足以覆盖LP光盘的面积,而成本只是其中的一小部分。

由KIST研究团队开发的垂直纳米间隙技术使得扩大纳米间隙电极技术成为可能,生产多种形状和尺寸的纳米间隙电极,并从根本上降低单位生产成本。因此,该技术具有广泛的潜在应用。该研究团队表示,当纳米间隙电极用于空气或水过滤器时,它可以在低电压(比如普通AA电池)下工作,实时检测和去除各种微小的漂浮颗粒,如细尘、纳米塑料、病毒、细菌和细菌。

这项研究的主要作者Yu Eui-Sang Yu博士说:“这项研究成果未来将应用于纳米颗粒的分类和净化,无论颗粒的类型或环境如何。”

该研究的通讯作者、KIST的Yong-Sang Ryu博士补充说:“我们希望这项研究能够为解决各种社会问题、提高人类生活的总体质量做出广泛的贡献。”

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