Peneliti Cornell University Kembangkan Sistem Chip Mikro Buih Hidrogen yang Dapat Dikendalikan dengan Potensi Pengiriman Obat

Peneliti di Cornell University telah mengembangkan sistem berbasis chip yang mampu menciptakan dan mengendalikan mikro buih hidrogen sesuai permintaan. Dengan mengarahkan buih untuk mengontrol aliran cairan, teknologi ini diharapkan dapat memberikan kemajuan dalam aplikasi pengiriman obat terarah. Dalam eksperimen, mereka memanfaatkan kekuatan ultrasonik untuk memberikan energi pada buih yang diletakkan di area 3 mm di atas chip, guna mengontrol aliran cairan. Alat ini menghasilkan buih-buih tersebut pada sebuah kisi elektroda, mewujudkan kontrol melalui listrik.

Kemampuan Pemrograman Real-Time Sistem

Sistem yang baru dibangun ini dapat diprogram secara real-time, memungkinkan peneliti untuk secara tepat menghasilkan buih tunggal pada waktu dan lokasi yang diinginkan, mengontrol ukuran dan jumlahnya, serta mengarahkan mereka secara elektronik. Mereka dapat mengontrol gerakan buih, baik secara individu maupun dalam kelompok yang lebih besar, yang memungkinkan mereka untuk mengarahkan aliran cairan sesuai kebutuhan. Menurut peneliti, teknologi ini dapat berperan dalam aplikasi medis, karena membuka jalan untuk menciptakan perangkat mikrofluida yang dapat direkonstruksi, sehingga memungkinkan pengiriman obat yang tepat. "Dengan bantuan array buih ini, kami dapat mengontrol ukuran, jumlah, dan posisi buih secara real-time, sehingga dapat memprogram arah aliran," kata Zhang Zhiyuan, penulis penelitian baru ini yang dipublikasikan di jurnal Science Advances.

Ukuran buih menentukan aliran cairan. Zhang Zhiyuan menggunakan chip yang dibuat di fasilitas ilmu dan teknologi nano Cornell, yang terdiri dari sembilan elektroda kecil yang disusun dalam pola persegi, mampu menghasilkan buih dengan diameter antara 10 mikrometer hingga 100 mikrometer. Untuk menciptakan buih hidrogen, ia membagi molekul air melalui listrik. Jika waktu pemberian tegangan lebih lama, buih akan menjadi lebih besar. Setelah buih dihasilkan, peneliti mengekspos sistem tersebut pada energi suara, di mana gelombang ultrasonik membuat buih bergetar, menghasilkan getaran dan menggerakkan cairan di sekitarnya.

Hubungan Ukuran Buih dan Aliran

Peneliti menunjukkan bahwa ukuran buih sangat penting dalam mengontrol aliran cairan. Ukuran buih menentukan frekuensi ultrasonik resonansi yang diperlukan. Frekuensi yang cocok akan menghasilkan aliran cairan yang kuat. Mereka menambahkan, "Ukuran buih menentukan frekuensi resonansi buih." Profesor fisika di Cornell University, Itai Cohen, menyatakan, "Jika Anda menerapkan gelombang ultrasonik pada frekuensi 40 kHz, dan buihnya terlalu kecil atau terlalu besar, maka ia tidak akan bergetar secara signifikan. Namun, jika ukurannya tepat untuk beresonansi pada 40 kHz, maka Anda akan menghasilkan aliran yang besar."

Penelitian menunjukkan bahwa aliran dapat dihasilkan melalui satu atau beberapa buih. Ketika buih tunggal disesuaikan dengan resonansi, aliran diciptakan dengan mentransfer energi ke cairan di sekitarnya. Jika beberapa buih bekerja bersama, ketika ukurannya sama, akan menghasilkan aliran simetris. Eksperimen menunjukkan bahwa ketika ukuran buih berbeda, buih terbesar akan mendominasi arah aliran. Peneliti menyatakan bahwa dengan mengubah posisi buih, gerakan yang dapat diprogram juga dapat dicapai, memindahkan aliran dari kiri ke kanan, atau mengarahkan gerakan melengkung dengan menyusun lima buih dalam bentuk L. Demikian pula, mereka juga dapat menyesuaikan aliran dengan mengubah tegangan.

Mereka menemukan bahwa tegangan yang lebih tinggi akan menghasilkan awan buih dalam aliran cepat. Oleh karena itu, mereka hanya perlu menghidupkan gelombang ultrasonik untuk mengarahkan buih ke arah tertentu.

Potensi Aplikasi Teknologi Mikro Buih Hidrogen yang Dapat Dikendalikan

Perkembangan teknologi ini menandai kemajuan penting dalam perangkat mikrofluida, yang mampu mewujudkan pengiriman obat yang tepat. Dengan mengontrol secara tepat pembuatan dan gerakan buih, peneliti dapat menciptakan solusi yang lebih fleksibel dalam aplikasi medis. Selain itu, kemampuan pemrograman teknologi ini membuat penerapannya dalam berbagai konteks menjadi lebih mungkin, sehingga meningkatkan akurasi dan efisiensi pengobatan medis.