Akustisk pincett är ett kraftfullt verktyg för beröringsfri manipulation av partiklar och celler med hjälp av akustiska strålningskrafter (ARF) som genereras av överföring av akustisk vågmomentum. De spelar en viktig roll inom displayteknik, biomedicinska sensorer, bildutrustning, diagnostiska och andra.

Även om stående vågor eller ljudstrålar har använts i akustiska pincettanordningar för att fånga upp partiklar, en enorm fasad array eller en förskjutningsplattform behövs för att flytta vågfasen eller flytta ljudkällan för dynamisk manipulation som kräver tidsvarierande akustiska fält. För närvarande, det är fortfarande en utmaning att uppnå dynamisk manipulation i en liten mikrokanal med en enkel, flexibel, låg kostnad och engångsmetod.

En forskargrupp ledd av prof. Zheng Hairong från Shenzhen Institutes of Advanced Technology (SIAT) vid den kinesiska vetenskapsakademin har tagit itu med utmaningen med omfattande, dynamisk manipulation av partiklar och celler i en mikrokanal genom att integrera akustofluidik, fysik och tillverkning av fononiska kristaller på mikroskalan.

I den här studien, en fononisk kristallplatta (PCP) tillverkad genom kemisk etsning och placerad i mikrokanalen skapade ett avstämbart och tidsvarierande ljudfält som genererade en icke-isotropisk och reversibel ARF som kunde justeras i realtid.

ARF härrörde från interaktionen av de infallande ljudvågorna med resonansexciteringen av två olika lägen i den fononiska kristallplattan.

Dessa specifika lägen kan flexibelt växlas genom att helt enkelt ändra körfrekvensen. Denna förändring i frekvens inducerade ett mycket lokaliserat akustiskt fält som genererade en negativ ARF för att fånga partiklar, tillsammans med ett läckande fält som fick en positiv ARF att sväva partiklar, respektive.

I samband med en förskjuten ljudkällasinställning för PCP-platsen, en strålningskraft inducerad av fältgradienten längs kanalen kan vidare transportera leviterade mikropartiklar eller celler mot källan längs en viss fördefinierad bana, som en rak linje, polylinje linje, båglinje eller slinglinje baserat på den räta linjen och båglinjen.

En godtycklig stopp-och-gå-rörelse, nämligen, fångst och transport, av partiklar och celler längs en fördefinierad bana i kanalen uppnåddes genom att byta frekvens för att ändra PCP:s resonanslägen och genom att designa mönster på de fononiska kristallplattorna för att konstruera vägar.

"Genom att noggrant designa och konstruera akustiska fält med hjälp av fononiska kristaller eller metamaterial i mikrofluidiska enheter, ett brett utbud av material, partiklar, celler och organismer kan akustiskt manipuleras på ett avstämbart och multifunktionellt sätt för biomedicinska tillämpningar, " sa prof. Zheng.

Studien publicerades som ett förslag från redaktören i tidskriften Fysisk granskning tillämpas den 30 april.