“Particle-Free” Magnetic Actuation of Droplets on Superhydrophobic Surfaces Using Dissolved Paramagnetic Salts

化学 顺磁性 粒子(生态学) 磁性纳米粒子 化学工程 纳米技术 化学物理 纳米颗粒 凝聚态物理 海洋学 物理 地质学 工程类 材料科学
作者
Lili Mats,Fiona Logue,Richard D. Oleschuk
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:88 (19): 9486-9494 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.6b01917
摘要

Magnetic actuation is a droplet manipulation mechanism in digital microfluidics (DMF), where droplets can be actuated over a (super)hydrophobic surface with a magnetic force. Superparamagnetic particles or ferromagnetic liquids are added to the droplets to provide a "handle" by which the magnet can exert a force on the droplet. In this study, we present a novel method of magnetic manipulation, where droplets instead contain paramagnetic salts with molar magnetic susceptibilities (χm) approximately ≈10 000× < that for superparamagnetic particles. Droplet actuation is facilitated by low surface friction on fluorous silica nanoparticle-based superhydrophobic coatings, where <2 μN is required for reproducible droplet actuation. Different paramagnetic salts with χm from ≈4500 to 72 000 (× 10–6 cm3 mol–1) were used to make aqueous solutions of different concentration and tested for droplet actuation and sliding angle using permanent magnets (1.8–2.1 kG). Paramagnetic salts are compared in terms of solubility, minimum required concentration, and maximum droplet velocity before disengagement. There is a strong correlation between the magnetic susceptibility of the salt solution, its concentration, and ease of actuation. As an application example, droplets containing a paramagnetic salt and doxorubicin (leukemia drug) are magnetically actuated and interrogated using laser-induced fluorescence. Signal attenuation due to the MnCl2 salt was examined, and the Stern–Volmer quenching constant was determined.
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