Onderzoekers van de Universiteit van Houston bestudeerden de niet-lineaire transmissie van licht door een waterige suspensie van gouden nanodeeltjes toen ze iets onverwachts opmerkten. Een pulslaser bleek de beweging van een vloeistofstroom in een glazen laboratoriumcuvet te hebben gedwongen.

Zoals ze onderzochten, ze realiseerden zich dat iets complexers een werk was dan een overdracht van momentum van de laserfotonen naar de vloeistof. Hun observatie leidde tot een nieuw optofulidica-principe, uitgelegd in een paper gepubliceerd op 27 september in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

"Het was niet zo eenvoudig, " zei Jiming Bao, universitair hoofddocent elektrische en computertechniek aan de Universiteit van Houston en hoofdauteur van het artikel. "Het momentum van een laser is niet sterk genoeg om de beweging te activeren."

Licht gaat meestal recht door water zonder enige absorptie en verstrooiing, dus Bao zei dat zelfs een sterk momentum van de fotonen geen vloeistofstroom zou genereren. De gouden nanodeeltjes bleken de sleutel te zijn - onderzoekers ontdekten dat de nanodeeltjes aanvankelijk nodig waren om de stroom te creëren omdat ze reageerden op gerichte laserpulsen om een ​​plasmonisch-akoestische holte te creëren, een structuur die Bao beschrijft als een "kom" die zich vormde op de binnenwand van de cuvette, een soort glazen reageerbuis.

De bewegende vloeistofstroom wordt geactiveerd door ultrasone golven die worden gegenereerd door de uitzetting en samentrekking van de nanodeeltjes, die optreedt wanneer nanodeeltjes op het oppervlak van de holte met elke laserpuls opwarmen en afkoelen. De stream is vastgelegd op video.

Zodra een holte is gemaakt, de nanodeeltjes kunnen worden verwijderd. Bao zei dat streaming in elke vloeistof kan worden opgewekt.

De ontdekking heeft het potentieel om het werk op een aantal gebieden aanzienlijk te verbeteren, inclusief lab-on-a-chip experimenten met bewegende vloeistoffen, zoals een druppel bloed, op microscopische schaal.

Het aandrijven van stroming door akoestische golven wordt akoestische streaming genoemd en werd in 1831 ontdekt door de Britse wetenschapper Michael Faraday; het wordt nu veel gebruikt in microfluïdica. Het genereren van ultrageluid door gouden nanodeeltjes, fotoakoestiek genoemd, is ook bekend en wordt gebruikt in biomedische beeldvorming.

Dit nieuwe optofluïdische principe koppelt fotoakoestiek aan akoestische streaming. "(Het) kan worden gebruikt om hogesnelheidsstromen in vloeistoffen te genereren zonder chemische toevoegingen en duidelijk zichtbare bewegende mechanische onderdelen, " schreven de onderzoekers. "De snelheid, richting en grootte van de stroom kan worden gecontroleerd door de laser."

Naast Bao, onderzoekers die bij het project betrokken zijn, zijn onder meer co-eerste auteurs Yanan Wang en Qiuhui Zhang, Zhuan Zhu, Feng Lin, Shuo-lied, Md Kamrul Alam en Dong Liu, alles van UH; Jiangdong Deng van de Harvard-universiteit; Geng Ku van de Universiteit van Kansas; Suchuan Dong van Purdue University; en Zhiming Wang van de Universiteit van Elektronische Wetenschap en Technologie van China. Bao, Wang en Lin hebben ook een aanstelling aan de University of Electronic Science and Technology of China.

Bao zei dat er meer werk nodig is om beter te begrijpen hoe de gouden nanodeeltjes de plasmonisch-akoestische holte vormen en om betere manieren te vinden om een ​​vloeistofstroom te genereren, onder andere. Maar er zullen een aantal toepassingen zijn voor het nieuw ontdekte principe.

"Laserstreaming zal toepassingen vinden in optisch gestuurde of geactiveerde apparaten zoals microfluïdica, laser voortstuwing, laserchirurgie en reiniging, massatransport of mengen, ’ concluderen de onderzoekers.