Onderzoekers van de Chinese South East University in Nanjing ontwikkelden een platform waarop je allerlei processen kunt uitvoeren in vloeistofdruppels. Ze gebruiken daarvoor een plaatje gevuld met staafjes van nog geen millimeter dik waartussen een 3D-printer (of een onderzoeker zelf) druppeltjes kan pipetteren. Zo’n druppel is ongeveer 10 µl groot en blijft op zijn plek door de Laplace-druk van het gekromde vloeistofoppervlak. Zet je er druppeltjes naast, dan krijg je uiteindelijk een kanaal van aaneengeschakelde druppels dat kan stromen, zoals ze in de supplementary videos laten zien.

Afhankelijk van wat voor vloeistof je gebruikt kun je heel verschillende ‘apparaten’ maken, zonder dat je een membraan of fysieke barrière nodig hebt om de druppels vast te houden. Zo maakten de onderzoekers een membraan-vrije batterij door vloeibaar metaal, een waterige oplossing en een ionische vloeistof te combineren. Zo kon er door redoxreacties in de verschillende druppels een stroompje gaan lopen en omdat het druppels zijn zonder membraan die niet met elkaar mengen kun je ze eenvoudig in serie of parallel op elkaar aansluiten.

Een andere toepassing was een heuse drie druppels grote chemische microreactor waarmee je éénpotsreacties kunt uitvoeren. Een ionische vloeistof sandwich je tussen twee waterige oplossingen. In de ene zit zoutzuur, in het andere natriumboorhydride. Die twee reagentia gaan heel slecht samen, maar door er een ionische vloeistof tussen te zetten, omzeilden de onderzoekers dat probleem. In de ionische vloeistof doe je p-(dimethoxymethyl)anisol. Op de interfaces tussen de vloeistoffen kan dat molecuul reageren, eerst tot 4-methoxybenzaldehyde met zoutzuur en dan aan de andere kant tot (4-methoxyfenyl)methanol met NaBH₄.

Maar wat nu als je een druppeltje in je kanaal verkeerd hebt neergezet? Je kunt dan met een gefluorineerd papiertje het kanaal afsnijden en vervolgens met nieuwe druppels omleiden. Met dat gegeven demonstreerden de onderzoekers nog een toepassing: enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), een veelgebruikte assay dat uit acht stappen bestaat, waaronder vier wasstappen.

Ze brachten het assay onder in de vloeistofdruppelkanaaltjes. Als je de kanaaltjes afsnijdt, krijg je microreactoren waar de reacties kunnen plaatsvinden. Hierdoor blijven er geen dure reagentia in buisjes of slangetjes achter. Vervolgens sluit je de kanalen weer aan met nieuwe druppels en vinden de wasstappen plaats. Op die manier konden ze menselijk IL-4-eiwit kwantificeren in het bereik 6,25–200 pg/ml, wat vergelijkbaar is met een standaard 96-well-plate.

De mogelijkheden zijn volgens de auteurs nog niet uitgeput: naast het optimaliseren van de huidige apparaatjes, mikken ze op complexere chemische reacties met wat intensere energie-uitwisseling.

Zeng, Y. et al. (2024) Nat Chem Eng 1, DOI: 10.1038/s44286-023-00023-z