Forskere bruger fononiske krystaller til at lave dynamiske akustiske pincetter

Akustiske pincetter er et kraftfuldt værktøj til kontaktløs manipulation af partikler og celler ved hjælp af akustiske strålingskræfter (ARF) genereret ved overførsel af akustisk bølgemoment. De spiller en vigtig rolle inden for displayteknologi, biomedicinske sensorer, billeddannelsesenheder, diagnostiske og andre.

Selvom stående bølger eller lydstråler er blevet brugt i akustiske pincetter til at fange partikler, en enorm faseformat array eller en forskydningsplatform er nødvendig for at flytte bølgefasen eller flytte lydkilden til dynamisk manipulation, der kræver tidsvariant akustiske felter. I øjeblikket, det er stadig en udfordring at opnå dynamisk manipulation i en lille mikrokanal med en enkel, fleksibel, billig og engangsmetode.

Et forskerhold ledet af prof. Zheng Hairong fra Shenzhen Institutes of Advanced Technology (SIAT) fra det kinesiske videnskabsakademi har taget udfordringen op om omfattende, dynamisk manipulation af partikler og celler i en mikrokanal ved at integrere acoustofluidics, fysik og fremstilling af fononiske krystaller på mikroskalaen.

I dette studie, en fononisk krystalplade (PCP) fremstillet ved kemisk ætsning og placeret i mikrokanalen skabte et afstemeligt og tidsvariant lydfelt, der genererede et nonisotrop og reversibelt ARF, der kunne justeres i realtid.

ARF stammer fra interaktionen mellem de hændende lydbølger med resonant excitation af to forskellige tilstande i den fononiske krystalplade.

Disse specifikke tilstande kunne skiftes fleksibelt ved blot at ændre kørefrekvensen. Denne ændring i frekvens inducerede et stærkt lokaliseret akustisk felt, der genererede en negativ ARF til at fange partikler, sammen med et utæt felt, der fik en positiv ARF til at svæve partikler, henholdsvis.

I forbindelse med en offset -lydkildeindstilling til PCP -placeringen, en strålingskraft induceret af feltgradienten langs kanalen kunne yderligere transportere leviterede mikropartikler eller celler mod kilden langs en bestemt foruddefineret bane, såsom en lige linje, polyline linje, lysbue eller sløjfe linje baseret på den lige linje og buelinje.

En vilkårlig stop-and-go-bevægelse, nemlig, fangst og transport, af partikler og celler langs en foruddefineret sti i kanalen blev opnået ved at skifte frekvensen for at ændre PCP's resonansmodi og ved at designe mønstre på de fononiske krystalplader for at konstruere ruter.

"Ved omhyggeligt at designe og konstruere akustiske felter ved hjælp af fononiske krystaller eller metamaterialer i mikrofluidiske enheder, en lang række materialer, partikler, celler og organismer kan akustisk manipuleres på en afstemmelig og multifunktionel måde til biomedicinske anvendelser, "sagde prof. Zheng.

Undersøgelsen blev offentliggjort som et redaktionsforslag i tidsskriftet Fysisk gennemgang anvendt den 30. april.