Fenomeni foto-indotti su gocce generate in piattaforme opto-microfluidiche

Lo studio delle proprietà fisiche di liquidi gioca un ruolo determinante nello sviluppo di nuovi sensori atti a identificare e quantificare specie chimiche disperse contaminanti, sia disciolte sia in fase aggregata (dalla dimensionalità che spazia dal nano alla micro-scala). La possibilità di caratterizzare tali proprietà utilizzando ridotti volumi di fluido apre la possibilità di specializzare l’analisi su determinati parametri funzionali, minimizzando la perturbazione indotta sul sistema in studio. È in questo ambito che la microfluidica in gocce svolge un ruolo chiave dato che, in tal caso, si sfrutta la proprietà di mescolare fluidi immiscibili in canali delle dimensioni microscopiche (tipicamente 50-300 micrometri di larghezza/profondità) per produrre gocce (fase dispersa) con volumi di fluidi che sono nell’intervallo di pL – nL. Le gocce così prodotte risultano quindi disperse in un mezzo continuo che funge da ”ambiente circostante” (fase continua). La loro forma dipende dalla geometria del canale microfluidico in cui sono prodotte oltre che dai flussi e tipologia delle fasi immiscibili mescolate. Recentemente è stato mostrato che è possibile modificare la lunghezza delle gocce se, sulle stesse, viene ad esser applicato un opportuno campo elettrico esterno. Lo studio delle cause di tale effetto e la relativa descrizione del fenomeno fisico sottostante sono ancora inesplorati e aprono le porte ad importanti ricadute nello sviluppo di nuovo sensori. Nel presente lavoro di tesi si focalizza l’attenzione sugli effetti fotoindotti su gocce generate in opportuni circuiti microfluidici. Per raggiungere tale obiettivo, si utilizza una piattaforma opto-microfluidica in niobato di litio che integra stadi di ottica integrata con circuiti microfluidici per misurare la trasmittanza ottica delle gocce, alla relativa lunghezza ed uno stadio per l’applicazione del campo elettrico esterno. L’attenzione è focalizzata in particolare su quei fenomeni fotoindotti che per effetto fotovoltaico generano tale campo elettrico grazie ad una ridistribuzione di carica spaziale promossa dall’effetto fotovoltaico nel materiale a seguito di una opportuna illuminazione non omogenea. La modulazione dell’intensità luminosa e del conseguente campo elettrico così fotoindotto è in grado di promuovere variazioni di taglia nelle gocce. Il presente lavoro di tesi mira a contribuire allo studio del fenomeno e correlare tali variazioni di lunghezza all'entità dello stesso campo e alle proprietà delle gocce nonché ai parametri fisici per la relativa generazione. Tale studio mira a proporre un metodo per quantificare l’effetto del campo elettrico fotoindotto in funzione delle condizioni di illuminamento e dei parametri di generazione delle gocce con la prospettiva di individuare correlazioni con le proprietà fisiche del fluido costituente la stessa fase dispersa.