Forskere bruger akustiske bølger til at flytte væsker på nanoskalaen

Et team af mekaniske ingeniører ved University of California San Diego har med succes brugt akustiske bølger til at flytte væsker gennem små kanaler på nanoskalaen. Gennembruddet er et første skridt i retning af fremstilling af små, bærbare enheder, der kunne bruges til applikationer til opdagelse af stoffer og mikrorobotik. Enhederne kunne integreres i et laboratorium på en chip til sortering af celler, flytte væsker, manipulere partikler og registrere andre biologiske komponenter. For eksempel, det kan bruges til at filtrere en lang række partikler, såsom bakterier, at foretage hurtig diagnose.

Forskerne beskriver deres fund i 14. november -udgaven af Avancerede funktionelle materialer . Det er første gang, at overfladeakustiske bølger er blevet brugt på nanoskalaen.

Området nanofluidik har længe kæmpet med at flytte væsker inden i kanaler, der er 1000 gange mindre end et hårs bredde, sagde James Friend, en professor og materialevidenskabelig ekspert ved Jacobs School of Engineering i UC San Diego. Nuværende metoder kræver omfangsrigt og dyrt udstyr samt høje temperaturer. At flytte væske ud af en kanal, der kun er et par nanometer høj, kræver et tryk på 1 megapascal, eller hvad der svarer til 10 atmosfærer.

Forskere under ledelse af Friend havde forsøgt at bruge akustiske bølger til at flytte væskerne sammen på nanoskalaen i flere år. De ville også gøre dette med en enhed, der kunne fremstilles ved stuetemperatur.

Efter et års eksperiment, postdoktoral forsker Morteza Miansari, nu i Stanford, var i stand til at bygge en enhed fremstillet af lithiumniobat med nanoskala -kanaler, hvor væsker kan bevæges af akustiske overfladebølger. Dette blev muliggjort af en ny metode, Miansari udviklede til at binde materialet til sig selv ved stuetemperatur. Fremstillingsmetoden kan let skaleres op, hvilket ville sænke produktionsomkostningerne. At bygge en enhed ville koste $ 1000, men at bygge 100, 000 ville drive prisen ned til $ 1 hver.

Enheden er kompatibel med biologiske materialer, celler og molekyler.

Forskere brugte akustiske bølger med en frekvens på 20 megaHertz til at manipulere væsker, dråber og partikler i nanoslits, der er 50 til 250 nanometer høje. For at fylde kanalerne, forskere anvendte de akustiske bølger i samme retning som væsken, der bevæger sig ind i kanalerne. For at dræne kanalerne, lydbølgerne blev påført i den modsatte retning.

Ved at ændre kanalernes højde, enheden kunne bruges til at filtrere en lang række partikler, ned til store biomolekyler såsom siRNA, som ikke ville passe ind i spalterne. I det væsentlige, de akustiske bølger ville drive væsker indeholdende partiklerne ind i disse kanaler. Men mens væsken ville gå igennem, partiklerne ville blive efterladt og danne en tør masse. Dette kan bruges til hurtig diagnose i marken.