Neue selbstangetriebene elektrostatische Pinzette verbessert Objektmanipulation und Mikrofluidik

In einer Studie veröffentlicht in Gerät stellte einen neuen selbstangetriebenen elektrostatischen Greifer vor, der eine hervorragende Akkumulation und Anpassungsfähigkeit triboelektrischer Ladungen bietet und so eine beispiellose Flexibilität und Anpassungsfähigkeit für die Objektmanipulation in verschiedenen Arbeitsszenarien ermöglicht. Das Forschungsteam wurde von Dr. Du Xuemin vom Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften geleitet

Die Fähigkeit, Objekte mit physikalischen Pinzetten zu manipulieren, ist in Bereichen wie Physik, Chemie und Biologie von entscheidender Bedeutung. Herkömmliche Klemmen erfordern jedoch häufig komplexe Elektrodenanordnungen und externe Stromquellen, verfügen über begrenzte Möglichkeiten zur Ladungserzeugung oder erzeugen unerwünschte Temperaturerhöhungen.

Die neu vorgeschlagene selbstangetriebene elektrostatische Klemme (SET) umfasst eine selbstangetriebene (SE) Elektrode auf Basis von Polyvinylidentrifluorethylenfluorid (P(VDF-TrFE)), die durch den triboelektrischen Effekt eine große und einstellbare Oberflächenladungsdichte erzeugt ein dielektrisches Substrat, das sowohl als Tribometermaterial als auch als Stützplattform fungiert, und eine Gleitfläche, um den Widerstand und Biofouling beim Umgang mit Objekten zu reduzieren.

Durch sein innovatives Design kann der SET schnell eine triboelektrische Ladungsdichte von bis zu ~40 nC cm erzeugen^-2 in wenigen Sekunden, wenn der SE über das Substrat des triboelektrischen Messgeräts gleitet. Seine robuste triboelektrische Ladungserzeugungsfähigkeit zeigte selbst nach 1.000 Hin- und Rückgleitzyklen eine bemerkenswerte Stabilität, und die auf dem SE angesammelte hohe Ladungsdichte blieb auch bei Raumtemperatur und einer relativen Luftfeuchtigkeit von mehr als 50 % stabil.

„Die Innovation von SET liegt im rationalen Design der P(VDF-TrFE)-basierten self-powered (SE)-Elektrode mit der einzigartigen Fähigkeit der schnellen Akkumulation und einfachen Anpassung triboelektrischer Ladungen während der Triboelektrifizierung durch Gleiten, wodurch ein robuster Antrieb entsteht.“ Kraft auf das Zielobjekt“, sagte Dr. Du.

Die Forscher zeigten, dass SET eine präzise Manipulation von Objekten aus verschiedenen Materialien, einschließlich Blasen, festen Perlen und Flüssigkeitströpfchen, mit einer Geschwindigkeit von mehr als 353 mm s ermöglicht^-1. Insbesondere ist SET an offene bis geschlossene Plattformen, einzelne bis mehrere Objekte und zweidimensionale bis dreidimensionale Oberflächen anpassbar und erweitert so seine Anwendungen auf Tröpfchenspaltung, Tröpfchenverschmelzung, Tröpfchenroboter, Zellmontage und pumpenfreie Mikrofluidik.

Durch den Wegfall komplexer Elektrodenanordnungen, externer Stromquellen und Wärmeerzeugung hat SET das Potenzial, Pinzetten und Mikrofluidik in der nächsten Technologiegeneration zu revolutionieren.