Forskare vid University of Houston studerade den olinjära överföringen av ljus genom en vattenhaltig suspension av guldnanopartiklar när de märkte något oväntat. En pulslaser tycktes ha tvingat fram en rörelse av vätska i en laboratoriumkuvett av glas.

Som de undersökte, de insåg att något mer komplext var ett arbete än en överföring av momentum från laserfotonerna till vätskan. Deras observation ledde till en ny optofulidikprincip, förklaras i ett papper publicerat 27 september i tidningen Vetenskapliga framsteg .

"Det var inte så enkelt, "sa Jiming Bao, docent i el- och datorteknik vid University of Houston och huvudförfattare till tidningen. "Momentumet från en laser är inte tillräckligt starkt för att aktivera rörelsen."

Ljus passerar vanligtvis rakt genom vatten utan absorption och spridning, så Bao sa att även stark fart från fotonerna inte skulle generera en vätskeström. Guldnanopartiklarna visade sig vara viktiga - forskare fann att nanopartiklarna från början behövdes för att skapa strömmen eftersom de reagerade på fokuserad laserpulsering för att skapa en plasmonisk -akustisk hålighet, en struktur Bao beskrivs som en "skål" som bildades på kyvettens inre vägg, en typ av glasprovsrör.

Den rörliga vätskeströmmen utlöses av ultraljudsvågor som genereras av expansion och sammandragning av nanopartiklar, som uppstår när nanopartiklar på hålighetens yta värms upp och svalnar med varje laserpuls. Strömmen fångades på video.

När en hålighet har skapats, nanopartiklarna kan tas bort. Bao sa att strömning kan induceras i vilken vätska som helst.

Upptäckten har potential att avsevärt förbättra arbetet inom ett antal områden, inklusive lab-on-a-chip-experiment med rörliga vätskor, som en droppe blod, i mikroskopisk skala.

Drivningen av flöde genom akustisk våg kallas akustisk strömning och upptäcktes av den brittiske forskaren Michael Faraday 1831; det används nu i stor utsträckning inom mikrofluidik. Generering av ultraljud av guldnanopartiklar, kallad fotoakustik, är också välkänt och används vid biomedicinsk avbildning.

Denna nya optofluidics -princip kopplar fotoakustik med akustisk streaming. "(Det) kan användas för att generera höghastighetsflöden inuti alla vätskor utan kemiska tillsatser och synliga synliga rörliga mekaniska delar, "skrev forskarna." Hastigheten, flödets riktning och storlek kan styras av lasern. "

Förutom Bao, forskare som är involverade i projektet inkluderar de första författarna Yanan Wang och Qiuhui Zhang, Zhuan Zhu, Feng Lin, Shuo Song, Md Kamrul Alam och Dong Liu, hela UH; Jiangdong Deng från Harvard University; Geng Ku vid University of Kansas; Suchuan Dong från Purdue University; och Zhiming Wang vid University of Electronic Science and Technology i Kina. Bao, Wang och Lin har också möten vid University of Electronic Science and Technology of China.

Bao sa att mer arbete behövs för att bättre förstå hur guldnanopartiklarna bildar den plasmonisk-akustiska kaviteten och för att bestämma bättre sätt att generera en vätskeström, bland annat. Men det kommer att finnas ett antal applikationer för den nyupptäckta principen.

"Laserströmming hittar applikationer i optiskt styrda eller aktiverade enheter som mikrofluidik, laser framdrivning, laseroperation och rengöring, masstransport eller blandning, "konstaterar forskarna.