Uventet opdagelse fører til ny teori om flydende streaming

Forskere ved University of Houston studerede den ikke -lineære lysoverførsel gennem en vandig suspension af guld nanopartikler, da de bemærkede noget uventet. En pulslaser syntes at have tvunget bevægelsen af ​​en væskestrøm i en glaslaboratoriekuvette.

Som de undersøgte, de indså, at noget mere komplekst var et arbejde end en overførsel af momentum fra laserfotoner til væsken. Deres observation førte til et nyt optofulidik -princip, forklaret i et papir, der blev offentliggjort 27. september i tidsskriftet Videnskab fremskridt .

"Det var ikke så enkelt, "sagde Jiming Bao, lektor i elektrisk og computerteknik ved University of Houston og hovedforfatter af papiret. "Momentummet fra en laser er ikke stærkt nok til at aktivere bevægelsen."

Lys passerer normalt lige gennem vand uden absorption og spredning, så Bao sagde, at selv stærk momentum fra fotonerne ikke ville generere en flydende strøm. Guldnanopartiklerne viste sig at være vigtige - forskere fandt ud af, at nanopartiklerne oprindeligt var nødvendige for at skabe strømmen, fordi de reagerede på fokuseret laserpulsering for at skabe et plasmonisk -akustisk hulrum, en struktur Bao beskrevet som en "skål", der dannedes på kuvettens indervæg, en type glas reagensglas.

Den bevægelige strøm af væske udløses af ultralydbølger, der genereres af ekspansion og sammentrækning af nanopartikler, som opstår når nanopartikler på huloverfladen opvarmes og køles ned med hver laserpuls. Strømmen blev fanget på video.

Når der er skabt et hulrum, nanopartiklerne kan fjernes. Bao sagde, at streaming kan induceres i enhver væske.

Opdagelsen har potentiale til betydeligt at forbedre arbejdet på en række områder, herunder laboratorie-på-en-chip eksperimenter, der involverer bevægelige væsker, såsom en dråbe blod, i en mikroskopisk skala.

Drivningen af ​​flow ved akustisk bølge kaldes akustisk streaming og blev opdaget af den britiske videnskabsmand Michael Faraday i 1831; det er nu meget udbredt i mikrofluidik. Generering af ultralyd af guld nanopartikler, kaldet fotoakustik, er også velkendt og bruges til biomedicinsk billeddannelse.

Dette nye optofluidics -princip kobler fotoakustik med akustisk streaming. "(Den) kan bruges til at generere højhastighedsstrømme inde i alle væsker uden kemiske tilsætningsstoffer og tilsyneladende synlige bevægelige mekaniske dele, "skrev forskerne." Hastigheden, strømningens retning og størrelse kan styres af laseren. "

Ud over Bao, forskere, der er involveret i projektet, omfatter co-første forfattere Yanan Wang og Qiuhui Zhang, Zhuan Zhu, Feng Lin, Shuo sang, Md Kamrul Alam og Dong Liu, hele UH; Jiangdong Deng fra Harvard University; Geng Ku fra University of Kansas; Suchuan Dong fra Purdue University; og Zhiming Wang fra University of Electronic Science and Technology of China. Bao, Wang og Lin har også aftaler ved University of Electronic Science and Technology of China.

Bao sagde, at der er behov for mere arbejde for bedre at forstå, hvordan guldnanopartikler danner det plasmonisk-akustiske hulrum og for at bestemme bedre måder at generere en flydende strøm på, blandt andet. Men der vil være en række ansøgninger til det nyopdagede princip.

"Laserstreaming finder applikationer i optisk kontrollerede eller aktiverede enheder såsom mikrofluidik, laser fremdrift, laseroperation og rengøring, massetransport eller blanding, "konkluderer forskerne.