นักวิจัยจาก Cornell University พัฒนาระบบชิปควบคุมฟองไฮโดรเจนขนาดเล็ก มีศักยภาพในการส่งยา

นักวิจัยจาก Cornell University ได้พัฒนาระบบที่ใช้ชิปซึ่งสามารถสร้างและควบคุมฟองไฮโดรเจนตามความต้องการ โดยการนำฟองไปควบคุมการไหลของของเหลว เทคโนโลยีนี้มีแนวโน้มที่จะก้าวหน้าในด้านการส่งยาที่มีการกำหนดเป้าหมาย ในการทดลอง พวกเขาใช้พลังงานจากคลื่นเสียงเพื่อให้ฟองที่ตั้งอยู่ในพื้นที่ 3 มิลลิเมตรบนชิปมีพลังงานในการควบคุมการไหลของของเหลว อุปกรณ์นี้สร้างฟองเหล่านี้บนตาข่ายอิเล็กโทรด ทำให้สามารถควบคุมด้วยไฟฟ้าได้

ความสามารถในการโปรแกรมระบบทันที

ระบบใหม่ที่สร้างขึ้นสามารถโปรแกรมได้ทันที นักวิจัยสามารถสร้างฟองเดียวในเวลาที่ต้องการและสถานที่ที่ต้องการ ควบคุมขนาดและจำนวนฟอง และนำทางฟองเหล่านั้นด้วยวิธีอิเล็กทรอนิกส์ พวกเขาสามารถควบคุมการเคลื่อนที่ของฟองได้ ไม่ว่าจะเป็นฟองเดียวหรือกลุ่มใหญ่ ซึ่งทำให้พวกเขาสามารถนำทางการไหลของของเหลวตามความต้องการ ตามที่นักวิจัยกล่าว เทคโนโลยีนี้สามารถมีบทบาทในด้านการแพทย์ เนื่องจากมันเปิดทางให้สร้างอุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิกส์ที่สามารถปรับเปลี่ยนได้ เพื่อให้การส่งยามีความแม่นยำมากขึ้น "ด้วยการใช้กลุ่มฟองนี้ เราสามารถควบคุมขนาด จำนวน และตำแหน่งของฟองได้แบบเรียลไทม์ ดังนั้นจึงสามารถโปรแกรมทิศทางการไหลได้" Zhang Zhiyuan ผู้เขียนการศึกษาฉบับใหม่กล่าว การศึกษานี้เผยแพร่ในวารสาร Science Advances

ขนาดของฟองกำหนดการไหลของของเหลว Zhang Zhiyuan ใช้ชิปที่ผลิตจาก Cornell NanoScale Science and Technology Facility ซึ่งชิปนี้มีอิเล็กโทรดขนาดเล็กจำนวนเก้าตัวเรียงในรูปสี่เหลี่ยม สามารถสร้างฟองที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 10 ไมครอนถึง 100 ไมครอน เพื่อสร้างฟองไฮโดรเจน เขาใช้ไฟฟ้าทำให้โมเลกุลของน้ำแตกตัว หากใช้แรงดันไฟฟ้าเป็นเวลานาน ฟองจะมีขนาดใหญ่ขึ้น หลังจากสร้างฟองแล้ว นักวิจัยจะทำให้ระบบสัมผัสกับพลังงานเสียง คลื่นอัลตราซาวด์จะทำให้ฟองสั่นพ้อง สร้างการสั่นและขับเคลื่อนของเหลวรอบๆ ให้เคลื่อนที่

ความสัมพันธ์ระหว่างขนาดฟองและการไหล

นักวิจัยชี้ให้เห็นว่าขนาดของฟองมีความสำคัญอย่างยิ่งในการควบคุมการไหลของของเหลว ขนาดของฟองกำหนดความถี่อัลตราซาวด์ที่ต้องการ ความถี่ที่ตรงกันจะสร้างการไหลของของเหลวที่แข็งแกร่ง พวกเขาเสริมว่า "ขนาดของฟองกำหนดความถี่การสั่นพ้องของฟอง" อาจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์ที่ Cornell University, Itai Cohen กล่าวว่า "หากคุณใช้คลื่นเสียงที่ความถี่ 40 kHz แต่ฟองมีขนาดเล็กเกินไปหรือใหญ่เกินไป มันจะไม่สั่นสะเทือนอย่างมีนัยสำคัญ แต่ถ้าขนาดของมันพอดีกับการสั่นพ้องที่ 40 kHz คุณจะสร้างการไหลจำนวนมาก"

การวิจัยแสดงให้เห็นว่าการไหลสามารถเกิดขึ้นได้จากฟองเดียวหรือหลายฟอง เมื่อฟองเดียวถูกปรับให้เข้ากับการสั่นพ้อง การไหลจะเกิดขึ้นโดยการถ่ายโอนพลังงานไปยังของเหลวที่อยู่ใกล้เคียง หากฟองหลายฟองทำงานร่วมกัน เมื่อขนาดของฟองเท่ากันจะสร้างการไหลที่สมมาตร การทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อขนาดฟองแตกต่างกัน ฟองที่ใหญ่ที่สุดจะเป็นผู้ควบคุมทิศทางการไหล นักวิจัยกล่าวว่าการเปลี่ยนตำแหน่งของฟองก็สามารถทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบโปรแกรมได้ โดยการเปลี่ยนการไหลจากซ้ายไปขวา หรือโดยการจัดเรียงฟองห้าฟองในรูปตัว L เพื่อชี้นำการเคลื่อนที่ในลักษณะโค้ง นอกจากนี้ พวกเขายังสามารถปรับการไหลโดยการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าได้อีกด้วย

พวกเขาพบว่าแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าจะสร้างกลุ่มฟองในระหว่างการไหลอย่างรวดเร็ว ดังนั้นพวกเขาจึงเพียงแค่เปิดคลื่นเสียงเพื่อยิงฟองไปในทิศทางเฉพาะ

ศักยภาพในการใช้งานของเทคโนโลยีฟองไฮโดรเจนที่ควบคุมได้

การพัฒนานี้ถือเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญในอุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิกส์ ซึ่งสามารถทำให้การส่งยามีความแม่นยำมากขึ้น โดยการควบคุมการสร้างและการเคลื่อนที่ของฟองอย่างแม่นยำ นักวิจัยสามารถสร้างโซลูชันที่มีความยืดหยุ่นมากขึ้นในด้านการแพทย์ นอกจากนี้ ความสามารถในการโปรแกรมของเทคโนโลยีนี้ทำให้การใช้งานในสถานการณ์ที่แตกต่างกันเป็นไปได้มากขึ้น ซึ่งจะช่วยเพิ่มความแม่นยำและประสิทธิภาพในการรักษาทางการแพทย์