Acoustofludics är en blandning av akustik och vätskemekanik som ger en kontaktfri, snabb och effektiv hantering av vätskor och suspenderade partiklar. Den applicerade akustiska vågen kan producera ett icke-noll tidsgenomsnittligt tryckfält för att utöva en akustisk strålningskraft på partiklar suspenderade i en mikrofluidisk kanal. Dock, för partiklar under en kritisk storlek dominerar den viskösa motståndskraften över de akustiska strålningskrafterna på grund av den starka akustiska strömningen som resulterar från den akustiska energiförlusten i vätskan. Således, partikelstorleken fungerar som en nyckelbegränsande faktor vid användningen av akustiska fält för manipulation och sorteringstillämpningar som annars skulle vara användbara inom områden inklusive avkänning (plasmoniska nanopartiklar), biologi (berikning av små biopartiklar) och optik (mikrolinser).

Även om akustisk nanopartikelmanipulation har visats, terahertz (THz) eller gigahertz (GHz) frekvenser krävs vanligtvis för att skapa våglängder i nanoskala, där tillverkningen av mycket små detaljstorlekar av SAW-givare är utmanande. Dessutom, Positionering av enskilda nanopartiklar i diskreta fällor har inte visats i nanoakustiska fält. Därav, det finns ett akut behov av att utveckla en snabb, exakt och skalbar metod för individuell nano- och submikronskalamanipulation i akustiska fält med hjälp av megahertz (MHz) frekvenser.

En tvärvetenskaplig forskargrupp ledd av docent Ye Ai från Singapore University of Technology and Design (SUTD) och Dr. David Collins från University of Melbourne, i samarbete med professor Jongyoon Han från MIT och docent Hong Yee Low från SUTD, utvecklat en ny akustofluidisk teknologi för massivt multiplexerad submikronpartikelfångning i nanokaviteter på enpartikelnivå.

Den akustiska enheten använder akustiska ytvågor (SAW) som aktiveringskälla och innehåller ett elastiskt nanokavitetsskikt placerat vid gränsytan mellan den mikrofluidiska kanalen och den akustiska givaren. Den genererade SAW ger upphov till akustiskt drivna deformationer i nanokaviteterna och producerar ett tidsgenomsnittligt akustiskt fält som genererar en akustisk kraftgradient i nanoskala längs kanalen.

Genom att dra fördel av detta unika akustiska kraftfält i nanoskala för att övervinna Browns rörelse och akustisk strömning, teamet kunde manipulera miljontals individuella nano- och submikronskaliga partiklar mot nanokaviteterna. Implementering av nanokavitetsskikt på SAW-ställdonet ger diskreta fångstpositioner där individuella nanopartiklar kan begränsas genom exponering för SAW och släppas ut när SAW-exciteringen upphör. Detta är ett snabbt bearbetande och kontaktfritt fångssystem med potential för utbredd tillämpning inom sortering, mönstring och storleksselektiv infångning av submikron- och nanoskaliga objekt.

Detta arbete har publicerats i Små , en toppklass, multidisciplinär tidskrift, som täcker ett brett spektrum av ämnen i experimentella och teoretiska studier i nano- och mikroskala, och har varit med på insidan av omslaget. SUTD doktorander och postdoktorer, inklusive Mahnoush Tayebi, Richard O'Rorke och Him Cheng Wong deltog i detta forskningsprojekt.