Ученые создали управляемые светом тепловые барьеры для 3D-контроля жидкостей

Создание локализованного оптофлюидного барьера. Автор: Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-025-01731-z

Ученые из Департамента прикладной физики II Университета Малаги приняли участие в разработке новой технологии, которая позволяет управлять жидкостями и частицами в трех измерениях с помощью виртуальных тепловых барьеров, создаваемых с помощью света.

Эти так называемые реконфигурируемые оптофлюидные барьеры позволяют манипулировать средой точно, быстро и бесконтактно, отклоняя, захватывая или разделяя частицы без необходимости в фиксированных физических структурах. Это открытие было опубликовано в журнале Nature Photonics.

Исследование, проведенное в области микрофлюидики (изучение и управление поведением малых объемов жидкостей микроскопических размеров), является международным. Вместе со Школой многомасштабного моделирования (MMS) Университета Малаги в работе участвовали Лаборатория нанофотонных систем (ETH Zurich) и Лаборатория захвата наночастиц (NanoTLab) Университета Гранады.

Барьеры были созданы с помощью оптически индуцированных температурных градиентов. Если конкретнее, они формировались путем освещения поверхностей, покрытых удлиненными золотыми наночастицами (AuNRs), что вызывало локализованные температурные градиенты за счет фототермического преобразования и управляло потоком жидкости, используя такие явления, как термоосмос, термофорез и естественная конвекция.

«Благодаря возможности настройки в реальном времени эта технология может динамически адаптироваться для таких задач, как направление или разделение частиц, а также для моделирования реальных биологических сред», — поясняет исследователь из Университета Малаги Эмилио Руис Рейна, один из авторов работы. Он добавляет, что поскольку технология позволяет выполнять множество функций, она упрощает создание быстрых, точных и портативных инструментов для клинического анализа, фармакологических исследований или фундаментальной науки.

В этом отношении эксперт уверен в ее прямом влиянии на персонализированную медицину и биотехнологии и подчеркивает, что это инновационное решение открывает дорогу для систем «лаборатория-на-чипе» — миниатюрных устройств, которые объединяют множество функций обычной лаборатории на одном чипе размером в несколько миллиметров, — которые являются реконфигурируемыми, компактными и высокоэффективными.

«Эта работа основана на гибридной методологии, сочетающей передовые эксперименты с высокоточной численной симуляцией. Вычислительные модели позволили нам предсказать тепловое и флюидное поведение в сложных геометриях, оптимизируя дизайн экспериментов. В свою очередь, экспериментальные результаты позволили проверить и уточнить модели в процессе непрерывной обратной связи, что было ключевым для достижения продемонстрированного уровня контроля», — заключает профессор Руис Рейна, который также является координатором в MMS Университета Малаги.

Интересный факт: Технологии микрофлюидики уже используются в современных медицинских диагностических приборах, например, для экспресс-анализов. Новая разработка может значительно повысить их точность и функциональность, приблизив эру действительно портативных и мощных диагностических лабораторий.

Больше информации: Falko Schmidt et al, Three-dimensional optofluidic control using reconfigurable thermal barriers, Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-025-01731-z

Источник: University of Malaga