Wetenschappers van de TU Delft hebben een methode ontwikkeld om selectief microdeeltjes uit een vloeistof te scheiden op basis van hun vorm. De ontwikkelde techniek kan in verschillende vakgebieden ingezet worden, bijvoorbeeld bij het produceren van medicijnen of het zuiveren van microplastics uit water. Het onderzoek is gisteren gepubliceerd in het academische tijdschrift PNAS.
Selectief filteren
Er zijn talloze voorbeelden van niet-opgeloste microdeeltjes in vloeistoffen, zoals de rode bloedcellen in ons bloed. Maar ook bacteriën in slootwater en microplastics in het afvoerwater van de wasmachine. Je kunt een zeef gebruiken om die deeltjes eruit te halen. Maar soms zijn er verschillende deeltjes die dezelfde grootte hebben, maar toch van elkaar gescheiden moeten worden.
Dat kan nu alleen door gebruik te maken van een magnetisch veld, een elektrische lading of licht. Hiervoor zijn extra apparaten nodig. Ook zijn de microdeeltjes niet altijd van elkaar te onderscheiden aan de hand van deze eigenschappen. Bij de productie van medicijnen is het voor de werking belangrijk, dat het eindproduct alleen de juiste werkzame kristalstructuren bevat. Onderzoeker H. Burak Eral: “In het maakproces ontstaan vaak kleine variaties op de vorm van het benodigde zuivere kristal, die dan wel dezelfde grootte hebben. Die afwijkende kristallen kunnen we met deze techniek beter uit de vloeistof zuiveren.”
Stroming door een buis zo dun als een haar
De methode die onderzoekers Rumen Georgiev en H. Burak Eral hebben ontwikkeld, werkt op basis van de krachten die op de deeltjes werken in de stroming door een smalle buis. Deze is zo dun als een haar. Aan de hand van formules kan nauwkeurig worden berekend welk pad het deeltje in de smalle buis af gaat leggen.
Eerder theoretisch onderzoek samen met de Universiteit Utrecht en de Universiteit van Hawaii maakte duidelijk dat de asymmetrische deeltjes op een typerende manier door een smal kanaal stromen. Het team uit Utrecht ontwikkelde een simpele, maar goed werkende theorie voor de beweging in twee dimensies.
In Delft gingen Georgiev en Eral door met experimenten, 3D-simulaties en de theorie, om het patroon van de microdeeltjes te doorgronden. Door zelf de microdeeltjes in verschillende vormen te maken, konden ze spelen met de eigenschappen ervan.
“We zagen een belvormig patroon ontstaan in het pad, dat alle microdeeltjes op basis van hun vorm op net een andere manier volgen. Door de vele experimenten en computersimulaties wisten we dat pad uiteindelijk terug te brengen tot een universele formule, waarin de vorm van het deeltje de enige variabele is,” aldus Burak Eral
Snelweg met afslagen
Met behulp van de formule kan berekend worden welke weg een microdeeltje met een bepaalde vorm af gaat leggen. Dit maakt het zelfs mogelijk om verschillend gevormde deeltjes tegelijkertijd uit een vloeistof te sorteren, wanneer je de smalle buis inricht als een snelweg met verschillende afslagen. Georgiev: “Elk deeltje volgt een gelijkvormig pad. Hoe dat pad er precies uitziet, wordt slechts bepaald door zijn vorm. Deeltje A zal dus bij de ene afslag uitkomen, terwijl deeltje B richting de andere afslag beweegt.”
De methode kan op veel gebieden worden toegepast, van de medische industrie tot de afvalwaterzuivering. Waar Eral veel kansen ziet, is de ontwikkeling van de minuscule labs op een chip en scheidingstechnologieën in de industrie. Eral: “Een minuscuul kanaaltje met verschillende uitgangen is al genoeg om microdeeltjes uit een vloeistof te halen. Denk aan het scheiden van verkeerd gevormde rode bloedcellen bij sikkelcelanemie. Het principe kan ook op grotere productieprocessen worden toegepast in de farmaceutische industrie. Dat de methode op kleine en grote schaal werkt, is echt een uitkomst.”
De originele publicatie is te lezen via deze link.
Ook interessant: Zware materialen magnetisch scheiden
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
