Druppels transporteren met behulp van golvende materialen

Zelfreinigende oppervlakken en laboratoria op een chip worden nóg efficiënter als we in staat zijn individuele druppels op afstand te sturen. Patrick Onck, hoogleraar aan de Rijksuniversiteit Groningen laat met zijn collega’s zien dat dit mogelijk is met behulp van mechanowetting. ‘We hebben een manier bedacht om druppels te transporteren door middel van oppervlaktegolven. Ook op een schuin of verticaal oppervlak werkt dit.’ Het onderzoek is 14 juni gepubliceerd in Science Advances.

Het idee van mechanowetting is in de basis heel eenvoudig: leg een druppel op een transversale oppervlaktegolf, en de druppel ‘loopt’ mee met de golf. ‘Waterdruppels blijken de eigenschap te hebben dat ze altijd op de top van die golf proberen te blijven. Als die top van de golf vooruit loopt, loopt de druppel dus mee’, vertelt Onck. Bijzonder is dat dit ook werkt op een helling of een verticaal oppervlak: druppels kunnen hierdoor ook tegen de zwaartekracht in naar boven bewegen.

Theorie

Edwin de Jong, promovendus in de groep van Onck en eerste auteur van het artikel, probeerde het idee van mechanowetting uit met een computermodel. ‘Toen het in theorie leek te werken, hebben onze collega’s van de Technische Universiteit Eindhoven een experiment bedacht om dit ook in de praktijk te testen. Onze modellen bleken goed te kloppen: de druppels gedroegen zich precies zoals we hadden bedacht.’

Eén van de toepassingen van mechanowetting is in lab-on-a-chip-systemen, complete laboratoria ter grootte van een creditcard waarop biologische vloeistoffen zoals bloed of speeksel kunnen worden getest. Daardoor kan het bloed van een patiënt aan het bed getest worden, en zijn uitslagen direct bekend. ‘Als we echt elke druppel apart kunnen sturen, kun je met een heel kleine beetje bloed al heel veel verschillende tests uitvoeren’, zegt Onck. Druppels apart sturen kon al wel, met behulp van electrowetting. ‘Bij electrowetting beweegt een druppel door het aanbrengen van een elektrisch veld. Maar daarmee kunnen de biochemische eigenschappen van het monster veranderen, en dat wil je juist niet als je bloedtesten doet.

Sturen

De groep van Onck onderzoekt inmiddels ook al andere mogelijkheden. ‘We hebben computerberekeningen uitgevoerd die laten zien dat mechanowetting ook werkt als we lichtgevoelige materialen gebruiken. Dat is interessant omdat je met licht van afstand heel nauwkeurig de beweging kunt sturen.’ En dan zijn er nog veel meer interessante toepassingen, zoals zelfreinigende oppervlakten, waar waterdruppels actief de vuildeeltjes opnemen en verwijderen. Ook biedt de techniek mogelijkheden om water uit de lucht te halen, en zo dauwdruppels als drinkwater te gebruiken.

Referentie: De Jong, E., Wang, Y., Toonder, J. M. J. den, Onck, P. R. (2019). Climbing droplets driven by mechanowetting on transverse waves. Science Advances 14 juni 2019.

Tekst: Christine Dirkse