Zelfs de kleinste mechanische pompen hebben beperkingen, van de complexe microfabricagetechnieken die nodig zijn om ze te maken tot het feit dat er grenzen zijn aan hoe klein ze kunnen zijn. Onderzoekers hebben een mogelijke oplossing aangekondigd:een lasergestuurde fotoakoestische microfluïdische pomp, in staat om vloeistoffen in elke richting te verplaatsen zonder bewegende delen of elektrische contacten.

Het werk wordt beschreven in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Met behulp van een plasmonische kwartsplaat geïmplanteerd met goudatomen, de onderzoekers toonden het vermogen aan om vloeistoffen te verplaatsen door een laser te gebruiken om een ​​ultrasone golf te genereren.

"We kunnen de laser gebruiken om vloeistoffen in elke richting te laten bewegen, " zei Jiming Bao, universitair hoofddocent elektrische en computertechniek aan de Universiteit van Houston en hoofdauteur van het papier.

Het werk is gebaseerd op een nieuw optofluïdisch principe dat is ontdekt door Bao's lab en gerapporteerd in 2017. Dat werk legde uit hoe een laser kan worden gebruikt om een ​​stroom vloeistof te triggeren, fotoakoestiek koppelen aan akoestische streaming.

Het laatste werk omvatte het fabriceren van een kwartssubstraat geïmplanteerd met 10 ¹⁶ gouden atomen, of tienduizend biljoen atomen, per vierkante centimeter en testen of een laserpuls een ultrasone golf kan genereren die een vloeistofstroom kan creëren. De kwartsplaat - ongeveer zo groot als een vingernagel - was geïmplanteerd met gouden nanodeeltjes; wanneer een gepulseerde laser de plaat raakt, de gouden nanodeeltjes genereren een ultrasone golf, die vervolgens de vloeistof aandrijft via akoestische stroming.

"Deze nieuwe micropomp is gebaseerd op een nieuw ontdekt principe van fotoakoestische laserstreaming en is eenvoudig gemaakt van een Au [goud] geïmplanteerde plasmonische kwartsplaat, " schreven de onderzoekers. "Onder een gepulseerde laserexcitatie, elk punt op de plaat kan een directionele, langdurige ultrasone golf genereren die de vloeistof via akoestische stroming aandrijft."

Het werk kan praktische gevolgen hebben, van biomedische apparaten en medicijnafgifte tot microfluïdisch en optofluidisch onderzoek. Wei Kan Chu, een natuurkundige en projectleider bij het Texas Center for Superconductivity aan de UH, zei dat de werkelijke waarde nog niet bekend is. "We willen de mechanismen hiervan beter begrijpen, en dat zou iets kunnen openen dat onze verbeelding te boven gaat."

Het apparaat is vervaardigd in het laboratorium van Chu; hij is co-auteur, samen met Nzumbe Epie, Xiaonan Shan en Dong Liu, alles van UH; Shuai Yue, Feng Lin en Zhiming Wang van de Universiteit van Elektronische Wetenschap en Technologie van China; Qiuhui Zhang van Henan University of Engineering; en Suchuan Dong van Purdue University.

De nanodeeltjes bieden een bijna onbeperkt aantal doelen voor de laser, die veel nauwkeuriger kan worden gericht dan een mechanische micropomp, zei Bao.

"De mechanismen van hoe en waarom dit werkt zijn nog niet erg duidelijk, "Zei Chu. "We moeten de wetenschap beter begrijpen om het potentieel van haar onvoorziene toepassingen te kunnen ontwikkelen."