Fjernbetjening af varme nanokilder bevægelse og termisk inducerede væskestrømme ved hjælp af lyskræfter

I dag, optofluidics er en af ​​de mest repræsentative anvendelser af fotonik til biologisk/kemisk analyse. Evnen til plasmoniske strukturer (f.eks. kolloidalt guld og sølv nanopartikler, NP'er) under belysning for at frigive varme og fremkalde væskekonvektion i mikroskalaen har tiltrukket stor interesse i løbet af de sidste to årtier. Deres størrelse- og formafhængige såvel som bølgelængdeindstillelige optiske og termiske egenskaber har banet vejen for relevante applikationer såsom fototermisk terapi/billeddannelse, materialebehandling, biosensing og termisk optofluidik for at nævne nogle få. In-situ-dannelse og bevægelseskontrol af plasmonforbedrede varmekilder kan bane vejen for yderligere udnyttelse af deres funktionaliteter, især inden for optofluidics. Imidlertid, dette er et udfordrende tværfagligt problem, der kombinerer optik, termodynamik og hydrodynamik.

I en nylig artikel offentliggjort i Letvidenskab og applikationer , Professor Jose A. Rodrigo og kolleger fra Complutense University of Madrid, Fysisk Fakultet, Institut for Optik, Spanien, har udviklet en teknik til i fællesskab at kontrollere dannelsen og bevægelsen af ​​varmekilder (gruppe af guld-NP'er) samt de tilhørende termisk inducerede væskestrømme, der er skabt omkring dem. Forskerne opsummerer det operationelle princip for deres teknik, "Teknikken anvender en struktureret laserstrålefælde til at udøve en optisk fremdriftskraft over de plasmoniske NP'er til deres bevægelseskontrol, mens den samme laser samtidig varmer dem op. Da både laserfældens form og de optiske fremdriftskræfter let og uafhængigt tilpasses, de varme NP'er kan optisk transporteres ad rekonfigurerbare ruter med kontrolleret hastighed i henhold til den stående applikation. "

"Baseret på denne fjernstyrede lysdrevne manipulationsmekanisme, vi rapporterer det første tegn på termisk induceret væskestrøm, der stammer fra en varmekilde i bevægelse med kontrolleret hastighed langs målbanen. Denne kontaktløse manipulation af en væske i mikroskalaen giver en alsidig optofluidisk aktivering, der muliggør nye funktioner, for eksempel, at levere nano-objekter og analyser selektivt til målsteder som kemi og biologisk forskning kræver. I øvrigt, vi demonstrerer eksperimentelt, at den rumlige og tidsmæssige kontrol af den optiske fremdriftskraft tillader ændring af væskestrømmene samt in-situ opdeling/fusion af den dynamiske gruppe af NP'er, der omfatter varmekilden. De rapporterede resultater har fundamental og praktisk betydning inden for optisk manipulation af nanostrukturer og termisk optofluidik. Dette er et godt eksempel på synergien mellem optisk manipulation, termoplasmonik og hydrodynamik. "

Fysikerne forestiller sig, "Den opnåede kombination af optisk induceret opvarmning af plasmoniske NP'er og deres samtidige programmerbare optiske transport bryder jorden for let mikro-robotik og, i særdeleshed, til oprettelse af fremtidige termiske optofluidiske værktøjer. "