Podłoża, które stopniowo zmieniają swoje właściwości wzdłuż określonego kierunku, mogą być wykorzystywane do tego, aby aktywować, sterować i podtrzymywać przepływy kropel cieczy bez zewnętrznego zasilania energią, co jest istotne dla szeregu zastosowań, takich jak mikroprzepływy, tworzenie powłok, aktywowanie procesów w nanoskali, konwersja energii oraz w zrozumieniu zjawisk biologicznych.

Badania kierowane przez IF PAN we współpracy z międzynarodowymi partnerami z Francji (ENS Paris Saclay), Czech (Central European Institute of Technology), USA (University of Virginia) i Bułgarii (Institute of Physical Chemistry of the Bulgarian Academy of Sciences) doprowadziły do zaprojektowania nowej struktury podłoża zbudowanej z polimerowych łańcuchów, których sztywność zmienia się wzdłuż jednego kierunku na podłożu. Pokazano, że takie podłoże prowadzi do wytworzenia spontanicznego i jednokierunkowego ruchu kropli cieczy w kierunku w którym sztywność łańcuchów rośnie i podtrzymuje ten ruch bez zewnętrznego źródła energii. Zjawisko znane, jako durotaksja.

Wyniki badań wykazały, że gęstość przytwierdzenia łańcuchów polimerów do podłoża i przyczepność kropli do polimerów są dwoma kluczowymi parametrami sterującymi, a wybór umiarkowanych wartości tych parametrów prowadzi do najszybszego ruchu płynu. Zaskakująco, lepkość kropli ani długość polimerowych łańcuchów nie mają wpływu na ruch kropli. Badania te pozwoliły również zrozumieć podstawowy mechanizm ruchu durotaksji kropli, co wskazuje, że chropowatość podłoża jest głównym czynnikiem determinującym ten ruch. To znaczy, kropla będzie przemieszczać się z bardziej szorstkich obszarów do tych o mniejszej chropowatości, powstałych w wyniku zmiany sztywności polimerowych łańcuchów, minimalizując w ten sposób swoją energię.

Badania zostały sfinansowane przez Narodowe Centrum Nauki w ramach grantu nr 2019/35/B/ST3/03426 oraz wsparte przez Infrastrukturę PLGrid.