Een team van mechanische ingenieurs aan de Universiteit van Californië in San Diego heeft met succes akoestische golven gebruikt om vloeistoffen op nanoschaal door kleine kanalen te verplaatsen. De doorbraak is een eerste stap in de richting van de productie van kleine, draagbare apparaten die kunnen worden gebruikt voor het ontdekken van geneesmiddelen en microrobotica-toepassingen. De apparaten kunnen worden geïntegreerd in een lab op een chip om cellen te sorteren, vloeistoffen verplaatsen, deeltjes manipuleren en andere biologische componenten waarnemen. Bijvoorbeeld, het kan worden gebruikt om een ​​breed scala aan deeltjes te filteren, zoals bacteriën, snelle diagnose te stellen.

De onderzoekers beschrijven hun bevindingen in het nummer van 14 november van Geavanceerde functionele materialen . Dit is de eerste keer dat akoestische oppervlaktegolven op nanoschaal zijn gebruikt.

Het gebied van nanofluidica worstelt al lang met bewegende vloeistoffen in kanalen die 1000 keer kleiner zijn dan de breedte van een haar, zei James Vriend, een professor en materiaalwetenschapper aan de Jacobs School of Engineering aan de UC San Diego. De huidige methoden vereisen omvangrijke en dure apparatuur en hoge temperaturen. Om vloeistof uit een kanaal van slechts enkele nanometers hoog te krijgen, is een druk van 1 megaPascal nodig. of het equivalent van 10 atmosfeer.

Onderzoekers onder leiding van Friend probeerden al enkele jaren akoestische golven te gebruiken om de vloeistoffen op nanoschaal voort te bewegen. Ze wilden dit ook doen met een apparaat dat op kamertemperatuur kon worden vervaardigd.

Na een jaar experimenteren, postdoctoraal onderzoeker Morteza Miansari, nu in Stanford, was in staat om een ​​apparaat te bouwen van lithiumniobaat met kanalen op nanoschaal waar vloeistoffen kunnen worden verplaatst door akoestische oppervlaktegolven. Dit werd mogelijk gemaakt door een nieuwe methode die Miansari ontwikkelde om het materiaal bij kamertemperatuur aan zichzelf te hechten. De fabricagemethode kan eenvoudig worden opgeschaald, wat de productiekosten zou verlagen. Het bouwen van één apparaat zou $ 1000 kosten, maar het bouwen van 100, 000 zou de prijs naar $ 1 per stuk verlagen.

Het apparaat is compatibel met biologische materialen, cellen en moleculen.

Onderzoekers gebruikten akoestische golven met een frequentie van 20 megaHertz om vloeistoffen te manipuleren, druppels en deeltjes in nanospleten die 50 tot 250 nanometer hoog zijn. Om de kanalen te vullen, onderzoekers pasten de akoestische golven toe in dezelfde richting als de vloeistof die de kanalen binnenstroomde. Om de kanalen te legen, de geluidsgolven werden in de tegenovergestelde richting toegepast.

Door de hoogte van de kanalen te veranderen, het apparaat kan worden gebruikt om een ​​breed scala aan deeltjes te filteren, tot grote biomoleculen zoals siRNA, die niet in de spleten zou passen. Eigenlijk, de akoestische golven zouden vloeistoffen die de deeltjes bevatten in deze kanalen drijven. Maar terwijl de vloeistof er doorheen zou gaan, de deeltjes zouden achterblijven en een droge massa vormen. Dit kan worden gebruikt voor een snelle diagnose in het veld.