咖啡环效应
将咖啡溅在桌上时，稍稍留心液体蒸发后咖啡液滴留下的印记，会发现液滴周边位置形成了一个比中间区域颜色要深很多的暗环，这意味着在周边位置沉积的咖啡小颗粒浓度比中间的浓度要高很多。这种不均匀沉积的现象被称作“咖啡环效应”。
不仅是咖啡，许多溶有固体小颗粒物质的溶液在液体蒸发后都会在边界出现一个类似的暗环。美国加州大学洛杉矶分校细胞控制研究所的研究小组提出，可以将这一生活中的常见现象与生物传感技术相结合，用于检测各种体液如唾液、血液等中的生物标志以进行医学诊断，不过，若要将这一想法实现于高灵敏度的生物检测，首先需要找到咖啡环效应出现的最小尺寸极限。
咖啡环效应之所以存在尺寸极限，是因为随着液滴尺寸的减小，液滴蒸发的速度会大大增加，而液滴内颗粒的运动速度却没有发生那么快的变化，如果液滴的尺寸小到一定程度，液滴蒸发的速度将远远大于颗粒运动速度，在液滴蒸发完之前，颗粒没有足够时间沉淀成环状结构。这些来不及运动的小颗粒就会近乎均匀地沉积在整个液滴覆盖的表面而非液滴的边缘区域。
用于生物检测
研究人员制作了一种特殊的格子结构表面，相邻格子因涂覆了不同涂层而具有不同的亲疏水性，即表面不同位置保留液体或排斥液体的能力不同。利用这样的结构可以在表面上形成所需要尺寸的液滴。
研究人员随后尝试将不同尺寸的乳胶颗粒溶解在水中进行实验，这些小颗粒的直径在20～100纳米之间，这正是通常生物传感器所检测的生物标志小颗粒的尺寸。接着，他们将溶解了小颗粒的溶液滴到准备好的平面上，倾斜表面使多余液体滑落后，亲水表面的格子上就会形成所需要直径的液滴。研究人员进行了大量实验，逐渐缩小液滴尺寸直到咖啡环效应不再出现为止。对于溶解有100纳米直径的小颗粒溶液，当液滴尺寸缩小到近10微米时，咖啡环效应不再出现。
研究人员表示，人体的血液或唾液中包含有大量的微米纳米尺度的分子或生物微粒，可以利用咖啡环效应把它们沉积下来并利用相关的生物检测技术进行分析和定量，而了解所谓咖啡环效应出现的最小可能尺寸，则有助于指导人们尽可能地缩小生物传感器尺寸。这种检测技术还有一个优势，即整个检测过程仅仅依赖于正常的蒸发过程，不需要消耗电能和其他复杂技术，这将使得整个检测设施非常廉价也便于制造。对于那些没有足够医疗设备的偏远地区，这样廉价又易于获取的医疗装置将对相关的医疗检测有很大帮助。
研究人员目前正利用研究所得的物理机制调整相关参数，希望可以得到最佳的实验条件组合，使咖啡环效应用于生物检测技术。
作者：
2010-6-10