МИКРОФЛЮИДНЫЕ ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ НЕМАТИЧЕСКОГО ЖИДКОГО КРИСТАЛЛА В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ ПАВ Текст научной статьи по специальности «Физика»

ВОДНЫЕ РАСТВОРЫ В ФАРМАЦИИ

МИКРОФЛЮИДНЫЕ ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ НЕМАТИЧЕСКОГО ЖИДКОГО КРИСТАЛЛА

В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ ПАВ

Безруков А.Н., Осипова В.В., Галяметдинов Ю.Г.

Казанский национальный исследовательский технологический университет, 420075, г. Казань, ул. К. Маркса, 68 a.bezrukov. knrtu@yandex.ru

Микрофлюидные устройства с каналами шириной от нескольких десятков до сотен микрон являются удобными системами для получения водных дисперсий надмолекулярно-организованных сред, таких как жидкие кристаллы (ЖК) [1]. Возможность тонкого регулирования геометрии каналов микрожидкостных «чипов» и потоков водной и органической фаз позволяют генерировать частицы дисперсной фазы с возможностью дальнейшего распределения подобных частиц как в потоке водной среды, так и на стенках микроканала. Чувствительность оптических свойств ЖК-дисперсий к различным молекулярной агентам в водной фазе, лежит в основе создания сенсоров с интегрируемой ЖК-матрицей для задач молекулярной диагностики [2].

В настоящей работе представлены результаты исследований [3, 4], в которых анализируется процесс генерации дисперсной фазы на основе нематических жидких кристаллов МББА и ЖК-1282 в водной дисперсионной среде в микрофлюидных устройствах фокусировки потока. Рассматривается влияние добавок ПАВ и температуры на гидродинамические режимы генерации ЖК-дисперсий в микрофлюидном канале. Обсуждается воздействие данных факторов, а также средней скорости потока водной фазы на оптические свойства капель мезофазы, иммобилизованных на стенках микроканала.

Выявлены режимы устойчивой генерации капель ЖК-эмульсии в водной фазе. Показано, что при соотношении скоростей потоков органической и водной фаз ЦЖК/Цвод < 0,3 дисперсии ЖК формируются при концентрации ПАВ от 1 ммоль/л в широком диапазоне средней скорости потока в микроканале от 0.1 до 5 мм/с. С дальнейшим ростом соотношения иЖК/Цвод происходит постепенный переход к параллельным потокам ЖК и водной фаз в микроканале. Для мезофазы в подобных параллельных несмешивающихся средах выявлена зависимость ориентационных и оптических свойств от средней скорости потока.

Показано, что для капель мезофазы, иммобилизованных на стенках микроканала характерна гоме-отропная ориентация молекул относительно границы раздела водной и органической фаз при концентрации ПАВ от 5 ммоль/л. При этом выявлена количественная корреляция между оптическим свойствами подобных дисперсий, концентрацией ПАВ и скоростью потока водной фазы при различных температурах.

Установленная зависимость ориентационного поведения дисперсий ЖК в водной среде микрофлюидного канала при различных добавках ПАВ, варьировании скорости потока и температуры открывает дополнительные возможности создания микротехнологических устройств с интегрированной ЖК-ма-трицей с применением в качестве сенсоров различных молекулярных агентов в водных растворах.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ №

075-01508-23-00.

[1] Y. G. Kim, S. Park and S.-H. Kim, Designing photonic microparticles with droplet microfluidics, Chemical Communications, 58 (74), 10303-10328, (2022).

[2] L. Lin, W. Li, X. Wang, Y. Xie, Y. Li and Z. Wu, Functional Liquid Crystal Core/Hydrogel Shell Microcapsules for Monitoring Live Cells in a 3D Microenvironment, Analytical Chemistry, 95 (5), 2750-2756 (2023).

[3] A. Bezrukov and Y. Galyametdinov, Orientation Behavior of Nematic Liquid Crystals at Flow-Wall Interfaces in Microfluidic Channels, Coatings, 13 (1), (2023).

[4] A. Bezrukov and Y. Galyametdinov, Tuning Molecular Orientation Responses of Microfluidic Liquid Crystal Dispersions to Colloid and Polymer Flows, International Journal of Molecular Sciences, 24 (17), (2023).