Forskere leder udviklingen af ​​ny akustofluidisk teknologi, der isolerer submikron partikler

Acoustofludics er fusionen af ​​akustik og væskemekanik, der giver en kontaktfri, hurtig og effektiv manipulation af væsker og suspenderede partikler. Den påførte akustiske bølge kan producere et ikke-nul tidsgennemsnitligt trykfelt for at udøve en akustisk strålingskraft på partikler suspenderet i en mikrofluidisk kanal. Imidlertid, for partikler under en kritisk størrelse dominerer den viskøse trækstyrke over de akustiske strålingskræfter på grund af den stærke akustiske strømning som følge af den akustiske energidissipation i væsken. Dermed, partikelstørrelsen fungerer som en nøglebegrænsende faktor i brugen af ​​akustiske felter til manipulations- og sorteringsapplikationer, der ellers ville være nyttige inden for områder, herunder sansning (plasmoniske nanopartikler), biologi (berigelse af små biopartikler) og optik (mikro-linser).

Selvom akustisk nanopartikelmanipulation er blevet påvist, terahertz (THz) eller gigahertz (GHz) frekvenser er normalt nødvendige for at skabe nanoskala bølgelængder, hvor fremstillingen af ​​meget små funktionsstørrelser af SAW-transducere er udfordrende. Ud over, enkelt nanopartikelpositionering i diskrete fælder er ikke blevet påvist i nanoakustiske områder. Derfor, der er et presserende behov for at udvikle en hurtig, præcis og skalerbar metode til individuel nano- og submikronskalamanipulation i akustiske felter ved hjælp af megahertz (MHz) frekvenser.

Et tværfagligt forskerhold ledet af lektor Ye Ai fra Singapore University of Technology and Design (SUTD) og Dr. David Collins fra University of Melbourne, i samarbejde med professor Jongyoon Han fra MIT og lektor Hong Yee Low fra SUTD, udviklet en ny akustofluidisk teknologi til massivt multiplekset submikron partikelfangning i nanokaviteter på enkeltpartikelniveau.

Den akustofluidiske enhed anvender overfladeakustiske bølger (SAW'er) som aktiveringskilde og indeholder et elastisk nanokavitetslag placeret ved grænsefladen mellem mikrofluidkanalen og den akustiske transducer. Den genererede SAW giver anledning til akustisk drevne deformationer i nanokaviteterne og producerer et tidsgennemsnitligt akustisk felt, der genererer en nanoskala akustiske kraftgradienter langs kanalen.

Ved at udnytte dette unikke akustiske kraftfelt i nanoskala til at overvinde den Brownske bevægelse og akustiske streaming, holdet var i stand til at manipulere millioner af individuelle partikler i nano- og submikronskala mod nanokaviteterne. Implementering af nanokavitetslag på SAW-aktuatoren giver diskrete fangstpositioner, hvor individuelle nanopartikler kan begrænses ved udsættelse for SAW og frigives med ophør af SAW-excitation. Dette er et hurtigt behandlende og kontaktfrit fældesystem med potentiale for udbredt anvendelse inden for sortering, mønstre og størrelse-selektiv indfangning af sub-mikron og nanoskala objekter.

Dette værk er udgivet i Lille , en topklasse, tværfagligt tidsskrift, dækker et bredt spektrum af emner i eksperimentelle og teoretiske undersøgelser i nano- og mikroskala, og er blevet vist på indersiden af ​​udgaven. SUTD kandidatstuderende og postdoc-stipendiater, inklusive Mahnoush Tayebi, Richard O'Rorke og Him Cheng Wong deltog i dette forskningsprojekt.