Et overraskende eksperiment åbner vejen til nye partikelmanipulationsmetoder

Forskere ved Aalto Universitet har opdaget et overraskende fænomen, der ændrer, hvordan vi tænker på, hvordan lyd kan flytte partikler. Deres eksperiment er baseret på et berømt eksperiment, der kan genkendes fra gymnasiets naturvidenskabelige klasseværelser verden over - Chlandni Plate-eksperimentet, hvor partikler bevæger sig på en vibrerende overflade. Eksperimentet blev første gang udført i 1787 af Ernst Chladni, som nu er kendt som akustikkens fader. Chladnis eksperiment viste, at når en plade vibrerer med en bestemt frekvens, tunge partikler bevæger sig mod områder med mindre vibrationer, kaldet knudelinjer. Dette eksperiment er blevet gentaget i vid udstrækning i århundrederne siden, og har formet den fælles forståelse af, hvordan tunge partikler bevæger sig på en vibrerende plade. Men forskere ved Aalto Universitet har nu vist et tilfælde, hvor tunge partikler bevæger sig mod regioner med flere vibrationer, eller antinoder. "Dette er et overraskende resultat, næsten en modsætning til almindelige overbevisninger, " siger professor Quan Zhou.

Forskerne installerede en siliciumplade på en piezoelektrisk transducer og nedsænkede den i vand. De spreder sub-mm glaskugler på pladen, og vibrerede pladen med signaler med forskellige frekvenser, skabe bølger på pladen. Forskerne blev derefter overraskede over at observere, at partiklerne bevæger sig mod antinoderne, danner det, de har kaldt "omvendte Chladni-mønstre".

Et interessant aspekt er, at systemet kan skabe forudsigelig bevægelse ved en bred vifte af frekvenser. "Vi kan flytte partikler med næsten enhver frekvens, og vi stoler ikke på pladens resonans", siger Zhou. "Dette giver os en masse frihed i bevægelseskontrol.l"

Ved at bruge det nyopdagede fænomen, forskerne var i stand til præcist at kontrollere bevægelsen af ​​enkelte partikler og en sværm af partikler på den neddykkede plade. I et eksempel de flyttede en partikel i en labyrint på pladen, skrev ord bestående af separate bogstaver, og slået sammen, transporterede og adskilte en sværm af partikler ved at spille forskellige noder.

"Mange procedurer inden for farmaceutisk forskning og samling af mikrosystemer kræver evnen til nemt at flytte og manipulere små partikler. Ved at bruge kun en enkelt aktuator til at gøre alle disse forskellige ting, vi åbner en vej til nye partikelhåndteringsteknikker", siger Zhou. "Desuden metoden kan inspirere fremtidens fabrik-på-en-chip-systemer."

Undersøgelsen er offentliggjort i dag i Fysisk gennemgangsbreve .