Acousstofluidics is de versmelting van akoestiek en vloeistofmechanica die zorgt voor een contactloze, snelle en effectieve manipulatie van vloeistoffen en zwevende deeltjes. De toegepaste akoestische golf kan een tijdgemiddeld drukveld produceren dat niet nul is om een ​​akoestische stralingskracht uit te oefenen op deeltjes die in een microfluïdisch kanaal zijn gesuspendeerd. Echter, voor deeltjes onder een kritische grootte domineert de viskeuze sleepkracht over de akoestische stralingskrachten als gevolg van de sterke akoestische stroming als gevolg van de akoestische energiedissipatie in de vloeistof. Dus, deeltjesgrootte fungeert als een belangrijke beperkende factor bij het gebruik van akoestische velden voor manipulatie- en sorteertoepassingen die anders nuttig zouden zijn in gebieden zoals detectie (plasmonische nanodeeltjes), biologie (verrijking van kleine biodeeltjes) en optica (microlenzen).

Hoewel akoestische manipulatie van nanodeeltjes is aangetoond, terahertz (THz) of gigahertz (GHz) frequenties zijn meestal vereist om golflengten op nanoschaal te creëren, waarin de fabricage van zeer kleine feature-afmetingen van SAW-transducers een uitdaging is. In aanvulling, positionering van enkele nanodeeltjes in discrete vallen is niet aangetoond in nano-akoestische velden. Vandaar, er een dringende behoefte is om een ​​snelle, nauwkeurige en schaalbare methode voor individuele nano- en submicronschaalmanipulatie in akoestische velden met behulp van megahertz (MHz) frequenties.

Een interdisciplinair onderzoeksteam onder leiding van universitair hoofddocent Ye Ai van de Singapore University of Technology and Design (SUTD) en Dr. David Collins van de Universiteit van Melbourne, in samenwerking met professor Jongyoon Han van MIT en universitair hoofddocent Hong Yee Low van SUTD, ontwikkelde een nieuwe acoustofluidische technologie voor massaal gemultiplexte submicron-deeltjesvangst in nanoholtes op het niveau van één deeltje.

Het acoustofluidic-apparaat maakt gebruik van akoestische oppervlaktegolven (SAW's) als de activeringsbron en bevat een elastische nanocavity-laag die zich op het grensvlak van het microfluïdische kanaal en de akoestische transducer bevindt. De gegenereerde SAW leidt tot akoestisch gestuurde vervormingen in de nanoholtes en produceert een tijdgemiddeld akoestisch veld dat akoestische krachtgradiënten op nanoschaal langs het kanaal genereert.

Door gebruik te maken van dit unieke akoestische krachtveld op nanoschaal om de Brownse beweging en akoestische streaming te overwinnen, het team was in staat om miljoenen individuele nano- en submicron-schaaldeeltjes naar de nanoholtes te manipuleren. Implementatie van de nanocaviteitslaag op de SAW-actuator biedt discrete vangposities waar individuele nanodeeltjes kunnen worden beperkt door blootstelling aan SAW en vrijkomen bij het stoppen van SAW-excitatie. Dit is een snel verwerkend en contactloos vangsysteem met het potentieel voor wijdverbreide toepassing bij het sorteren, patroonvorming en grootteselectieve opname van submicron- en nanoschaalobjecten.

Dit werk is gepubliceerd in Klein , een topper, multidisciplinair tijdschrift, bestrijkt een breed spectrum van onderwerpen in experimentele en theoretische studies op nano- en microschaal, en is vermeld op de binnenkant van de omslag van het nummer. SUTD-afgestudeerde studenten en postdoctorale fellows, waaronder Mahnoush Tayebi, Richard O'Rorke en Him Cheng Wong namen deel aan dit onderzoeksproject.