Akoestische pincetten zijn een krachtig hulpmiddel voor contactloze manipulatie van deeltjes en cellen met behulp van akoestische stralingskrachten (ARF) die worden gegenereerd door de overdracht van het akoestische golfmomentum. Ze spelen een belangrijke rol in de displaytechnologie, biomedische sensoren, beeldapparatuur, diagnostisch en anderen.

Hoewel staande golven of geluidsbundels zijn gebruikt in akoestische pincetten om deeltjes op te vangen, een enorme phased array of een verplaatsingsplatform is nodig om de golffase te verschuiven of de geluidsbron te verplaatsen voor dynamische manipulatie die tijdsvariante akoestische velden vereist. Momenteel, het is nog steeds een uitdaging om dynamische manipulatie te bereiken in een klein microkanaal met een eenvoudige, flexibel, goedkope en wegwerpmethode.

Een onderzoeksteam onder leiding van prof. Zheng Hairong van de Shenzhen Institutes of Advanced Technology (SIAT) van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft de uitdaging van uitgebreide, dynamische manipulatie van deeltjes en cellen in een microkanaal door integratie van akoestiek, fysica en fabricage van fononische kristallen op microschaal.

In dit onderzoek, een phononic crystal plate (PCP) vervaardigd door chemisch etsen en gelokaliseerd in het microkanaal creëerde een afstembaar en tijdsvariabel geluidsveld dat een niet-isotrope en omkeerbare ARF genereerde die in realtime kon worden aangepast.

De ARF is ontstaan ​​door de interactie van de invallende geluidsgolven met de resonante excitatie van twee verschillende modi in de fononische kristalplaat.

Deze specifieke modi kunnen flexibel worden geschakeld door eenvoudig de rijfrequentie te wijzigen. Deze verandering in frequentie veroorzaakte een zeer gelokaliseerd akoestisch veld dat een negatieve ARF opwekte om deeltjes op te vangen, samen met een lekkend veld dat een positieve ARF veroorzaakte om deeltjes te laten zweven, respectievelijk.

In combinatie met een offset-geluidsbroninstelling voor de PCP-locatie, een stralingskracht geïnduceerd door de veldgradiënt langs het kanaal zou zwevende microdeeltjes of cellen verder naar de bron kunnen transporteren langs een bepaald vooraf gedefinieerd traject, zoals een rechte lijn, polylijn lijn, booglijn of luslijn op basis van de rechte lijn en booglijn.

Een willekeurige stop-and-go-beweging, namelijk, vangst en transport, van deeltjes en cellen langs een vooraf gedefinieerd pad in het kanaal werd bereikt door de frequentie om te schakelen om de resonantiemodi van de PCP te veranderen en door patronen op de fononische kristalplaten te ontwerpen om routes te construeren.

"Door zorgvuldig akoestische velden te ontwerpen en te engineeren met behulp van fononische kristallen of metamaterialen in microfluïdische apparaten, een breed scala aan materialen, deeltjes, cellen en organismen kunnen op een afstembare en multifunctionele manier akoestisch worden gemanipuleerd voor biomedische toepassingen, " zei prof. Zheng.

De studie werd gepubliceerd als een suggestie van de redactie in het tijdschrift Fysieke beoordeling toegepast op 30 april.