Research press release

【材料科学】流体をチューブの中で自在に動かす

Nature

Materials science: Driving fluid round the bend

さまざまな液体を動かして曲がりくねった経路をたどらせたり坂を上らせたりできる光駆動式毛細管が今週報告される。この微小な毛細管チューブは、生物医学デバイスからマイクロポンプに至るまで、さまざまな技術に利用される可能性がある。

少量の流体を操作して反応や解析を行うシステムは、多くの実験室研究を支える上で重要であるばかりでなく、より直接的で実際的な応用もなされている。光エネルギーを用いて液体を動かすことは可能だが、既存の光駆動式の手法では、動きが単純な短距離の軌跡に限定される他、輸送可能な液体の種類も限られる可能性がある。

今回Yanlei Yuたちは、動脈壁の構造、特にその強さと変形して血液を全身に送る能力に着想を得て、光駆動式チューブシステムを設計した。このチューブシステムは光を照射すると変形し、このときの構造変化によって、速度と方向を調節しながら長距離にわたって液体を推進することができる。液体にS字形やらせん状の軌跡をたどらせることもでき、こうした液体操作は閉鎖系マイクロチャネルでは初の報告となる。また、このチューブを用いることで、既存の光駆動式手法では扱われたことのないエマルションやガソリンといった複雑な流体をはじめとする、多種多様な液体や混合物を輸送することができる。加えて、このシステムは、細胞懸濁液や緩衝液などの医用生体液体を扱うことができ、ラボ・オン・チップ・デバイスの作製に使える可能性があることが示唆されている。

Light-activated capillaries that can propel a range of liquids along winding paths and even uphill are described in this week’s Nature. The tiny tubes could be used in technologies ranging from biomedical devices to micro-pumps.

Systems that manipulate small amounts of fluids to perform reactions or analyses are important in underpinning many laboratory investigations and also have more immediate practical applications. Light energy can be used to trigger the motion of liquids, but existing light-driven technologies can limit this motion to simple trajectories over short distances, as well as limiting the range of liquids that are able to be transported.

Yanlei Yu and colleagues have designed a light-activated tubular system that is inspired by the structure of artery walls, in particular their strength and ability to change shape to pump blood through the body. The tubes deform when exposed to light, and this configuration change propels liquid over long distances with controllable speed and direction. The system can drive liquids through ‘S’-shaped and helical trajectories, an achievement that has not previously been reported for closed microchannels. Various liquids and mixtures can pass through the tubes, including complex fluids, such as emulsions and petrol, which have not been handled by existing light-driven methods. In addition, the system can handle biomedical liquids, such as cell suspensions and buffer solutions, indicating that it could be used to make laboratory-on-a-chip devices.

doi: 10.1038/nature19344

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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