Ett team av mekaniska ingenjörer vid University of California San Diego har framgångsrikt använt akustiska vågor för att flytta vätskor genom små kanaler på nanoskala. Genombrottet är ett första steg mot tillverkning av små, bärbara enheter som kan användas för läkemedelsupptäckt och mikrorobotapplikationer. Enheterna skulle kunna integreras i ett labb på ett chip för att sortera celler, flytta vätskor, manipulera partiklar och känna av andra biologiska komponenter. Till exempel, den kan användas för att filtrera ett brett spektrum av partiklar, som bakterier, att göra snabb diagnos.
Forskarna beskriver sina resultat i numret av 14 november av Avancerade funktionella material . Detta är första gången som akustiska ytvågor har använts på nanoskala.
Området nanofluidik har länge kämpat med att flytta vätskor i kanaler som är 1000 gånger mindre än bredden på ett hårstrå, sa James Friend, en professor och materialvetenskapsexpert vid Jacobs School of Engineering vid UC San Diego. Nuvarande metoder kräver skrymmande och dyr utrustning samt höga temperaturer. Att flytta vätska ut ur en kanal som bara är några nanometer hög kräver tryck på 1 megapascal, eller motsvarande 10 atmosfärer.
Forskare under ledning av Friend hade i flera år försökt använda akustiska vågor för att flytta vätskorna på nanoskalan. Det ville de också göra med en apparat som kunde tillverkas i rumstemperatur.
Efter ett års experiment, postdoktor Morteza Miansari, nu på Stanford, kunde bygga en enhet gjord av litiumniobat med kanaler i nanoskala där vätskor kan flyttas av akustiska ytvågor. Detta möjliggjordes av en ny metod som Miansari utvecklade för att binda materialet till sig själv vid rumstemperatur. Tillverkningsmetoden kan lätt skalas upp, vilket skulle sänka tillverkningskostnaderna. Att bygga en enhet skulle kosta $1000 men att bygga 100, 000 skulle driva ner priset till $1 styck.
Enheten är kompatibel med biologiska material, celler och molekyler.
Forskare använde akustiska vågor med en frekvens på 20 megaHertz för att manipulera vätskor, droppar och partiklar i nanoslitsar som är 50 till 250 nanometer höga. För att fylla kanalerna, forskare applicerade de akustiska vågorna i samma riktning som vätskan som rörde sig in i kanalerna. För att dränera kanalerna, ljudvågorna applicerades i motsatt riktning.
Genom att ändra höjden på kanalerna, enheten kan användas för att filtrera ett brett spektrum av partiklar, ner till stora biomolekyler som siRNA, som inte skulle passa i slitsarna. Väsentligen, de akustiska vågorna skulle driva vätskor som innehåller partiklarna in i dessa kanaler. Men medan vätskan skulle gå igenom, partiklarna skulle lämnas kvar och bilda en torr massa. Detta skulle kunna användas för snabb diagnos i fält.
