Electrochemical Gates in Nanofluidic Channels
- Reference number
- ICA10-0031
- Start and end dates
- 120301-151231
- Amount granted
- 3 000 000 SEK
- Administrative organization
- Chalmers University of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
This project aims to develop electrically controlled gates in nanofluidic channels. The gates operate through surface bound polymers that swell and contract reversibly in response to electrochemical potentials. Such gates will be permeable only to very small molecules and ions and can thus prevent practically any biomolecule of interest from passing through. The gates will enable control of the content in volumes of approximately one attoliter. In contrast to other entrapment technologies, the electrochemical gates are entirely non-invasive and impose hardly any constraints on the molecule to be trapped or the chemical environment. The project will consist of a nanotechnological part, where modern fabrication techniques will be used to prepare nanofluidic channels with incorporated electrodes that can act as nanoelectrical and nanooptical sensors. The other part of the project will be devoted to investigations of polymers that swell and contract in response to electrochemical potentials. The results from these two tasks will then be combined into operational electrochemical gates to be used in various applications. The gates can operate as filters and traps in various bioanalytical lab on a chip devices for single and few molecule analysis. The research has the potential to revolutionize diagnostic tools and biomolecular interaction studies by providing unsurpassed control of nanoscale chemistry and liquid handling.
Popular science description
Alla vet vad en dörr är för något. Den gör det möjligt att separera innehållet i två stycken rum. Förvisso skulle en vanlig dörr endast påverka rörligheten för partiklar som flyger runt fritt i luften, men vi kan också föreställa oss dörrar eller någon form av portar i en vattenmiljö. Sådana barriärer gör det möjligt att kontrollera innehållet i vätskefyllda kammare genom att öppna och stänga portarna, så att olika vätskor inte kan blandas hursomhelst. Vi kan även föreställa oss att dessa portar kontrolleras automatiskt med elektronik, som t.ex. i ett stystem med kemiska reaktorer. Meningen med det här projektet är att bygga just elektriskt styrda portar i vätskor, men i syfte att stänga inne volymer som är väldigt mycket mindre, närmare bestämt en attoliter. En attoliter är en ungefär en mijon gånger mindre volym än en cell i kroppen. I en så liten volym händer lustiga saker rent kemiskt. Även om man bara har en endaste molekyl i denna attoliter så innebär det att koncentrationen av denna molekyl ändå är väldigt hög. Molekylen kommer också att hinna befinna sig överallt i attolitern på väldigt kort tid bara genom att röra sig slumpmässigt. De elektriska portarna kommer dock inte vara solida väggar utan snarare som en gel. Genom att styra elektriskt hur pass väl förseglad porten är kan man använda sådana portar till att filtrera molekyler, t.ex. efter storlek. Endel molekyler kommer att kunna simma igenom porten medan andra inte tar sig igenom. Genom att öppna och stänga portarna kan man också fånga in molekyler. Detta gör det möjligt för forskare att studera enstaka molekyler och de kemiska reaktioner de deltar i. I det långa loppet kan de elektriska portarna även vara till hjälp för sjukdomsdiagnostik, läkemedelsutveckling och andra medicinska tillämpningar.