來自秋明州立大學和國立研究核大學 MEPhI 的生物學家和物理學家正在探索不僅通過加熱載體介質，而且通過降低其溫度來操縱微粒的可能性。這為所提出的方法在生物研究和醫學中的應用開闢了廣闊前景，其中重要的是不破壞熱生命物體。
秋明州立大學光子學和微流體研究實驗室的員工 Mohamed Al-Muzaiker、Natalia Ivanova、Viktor Flyagin 和國家核研究大學 MEPhI Petr 的物理學家的文章「微粒在加熱和冷卻模式下通過 Marangoni 流的傳輸和組裝」 Lebedev-Stepanov發表在「膠體和表面 A：物理化學和技術方面」雜誌上。
懸浮在液體介質中的微粒（包括固體顆粒、聚合物、細胞、膠束和蛋白質）的操作以及在表面上形成所需結構和形態的自組裝對於化學和生物醫學研究、製造新的電子和光學行業的材料、塗料和凈化。
在大多數情況下，顆粒的自組裝或聚集是由毛細流動的作用決定的，毛細流動將顆粒帶到自發蒸發液體中的強烈蒸發區域。蒸發液滴中顆粒自發自組織的一個突出例子是咖啡環效應，即咖啡顆粒在液滴乾燥後形成環狀結構。
今天，在蒸髮膠體液體中形成所需的粒子集合形態（圖案）的方法可以分為被動和主動兩種。例如，通過蝕刻或光刻在表面上創建浮雕，或通過在開放系統中使用蒸發掩模（即所謂的蒸發光刻）來實施無源方法。然而，這些方法的缺點是不能通過實時調整控制參數來操縱粒子。
主動方法是外部刺激對系統的影響，例如聲波、慣性場、電磁場。聲音效果會產生周期性的壓力場（駐聲波），從而導致大規模粒子集合的相應分布。最近，需要精確的聲學鑷子來捕獲單個粒子。
基於磁和介電泳效應的方法的適用性受到顆粒和介質的特定性質（極化率、磁化率、電導率）的限制。光鑷的使用提供了對單個粒子的高精度操作，但要控制許多粒子，需要複雜的光學設置和昂貴的光學工具來進行光束的時間和空間轉換，而緊湊型設備則無法實現。
本文提出了一種在數百微米厚的揮發性液體層中操縱微粒的方法，該方法基於通過熱源和散熱器的局部作用改變液體中溫度梯度的符號來控制 Marangoni 流動。
科學家們清楚地證明了該方法可適用於對粒子集合進行廣泛的操作：加熱時將粒子組裝成基板上的圓形圖案，當基板冷卻時將粒子從散熱器轉移，通過改變粒子組裝過程中溫度梯度的符號。
研究結果表明，在加熱模式下，顆粒以圓形圖案的形式聚集在加熱區，最終面積隨著顆粒數量的增加而增加，隨著顆粒數量的增加而減小。層厚度。後者是由於厚層中上升流所提升的粒子形成了密集的多層集合。
所提出方法的一個顯著特點是可以根據任何要求通過改變溫度梯度的符號來進行可逆控制和模式轉換。在這種情況下，除了顆粒的圓形組裝或表面清潔外，還可以創建環形配置。
科學家們還指出，設置載液層的厚度允許您通過創建單層或多層結構來控制最終圖案的結構。不僅通過加熱載體介質，而且通過降低其溫度來操縱粒子的能力為在生物研究和醫學中應用所提出的方法開闢了廣闊的前景，其中重要的是不破壞熱生命物體。
物理學家的進一步研究旨在開發一種創建所需形態結構的方法，該結構由營養培養基中的活細胞和細菌等生物對象組成。科學家們期望這種方法可以作為一種強大的工具來創建器官的人造生物組織或作為研究細菌的工具。這項工作得到了俄羅斯基礎研究基金會的資助。
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