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科学家领导开发了分离亚微米颗粒的新型声流技

作者: betway必威体育 发布时间: 2020年05月20日 16:39:33

声流体学是声学和流体力学的融合,可提供对流体和悬浮颗粒的无接触,快速有效的操纵。所施加的声波可以产生非零的时间平均压力场,以对悬浮在微流体通道中的颗粒施加声辐射力。然而,对于小于临界尺寸的颗粒,由于流体中的声能耗散而产生的强声流,粘性阻力在声辐射力上占主导地位。因此,在将声场用于操纵和分选应用中时,粒径是关键的限制因素,否则在包括传感(等离子纳米粒子),生物学(小生物粒子富集)和光学(微透镜)的领域中将是有用的。

科学家领导开发了分离亚微米颗粒的新型声流技

尽管已经证明了声学纳米粒子的操纵,但是通常需要太赫兹(THz)或千兆赫(GHz)频率来创建纳米级波长,在这些波长中制造非常小的特征尺寸的SAW换能器具有挑战性。此外,尚未在纳米声场中证明将单个纳米颗粒定位到不连续的阱中。因此,迫切需要开发一种快速,精确和可扩展的方法,用于使用兆赫兹(MHz)频率在声场中进行单个纳米级和亚微米级的操纵。

由新加坡科技设计大学(SUTD)的叶爱副教授和墨尔本大学的David Collins博士领导的跨学科研究团队与麻省理工学院的Jongyoon Han教授和SUTD的Low Hong Yee副教授合作开发了一部小说声流体技术,用于在单粒子级将大量亚微米粒子捕获在纳米腔体内。

声流体装置使用表面声波(SAW)作为驱动源,并包含位于微流体通道和声换能器的界面处的弹性纳米腔层。产生的声表面波在纳米腔中引起声学驱动的变形,并产生时间平均声场,该时间平均声场沿通道产生纳米级声力梯度。

通过利用这种独特的纳米级声力场来克服布朗运动和声流,该团队能够将数百万个单独的纳米级和亚微米级颗粒推向纳米腔。SAW致动器上的纳米腔层实现方式提供了离散的捕获位置,在这些位置,单个纳米颗粒可以通过暴露于SAW来限制,并随着SAW激发的停止而释放。这是一种快速处理且无接触的捕集系统,具有在亚微米和纳米级物体的分类,图案化和尺寸选择捕获中广泛应用的潜力。

这项工作已发表在Small上,这是一本顶级的多学科期刊,涵盖了纳米和微型实验与理论研究的广泛主题,并已在该期刊的封面上进行了介绍。SUTD的研究生和博士后,包括Mahnoush Tayebi,Richard O'Rorke和Him Cheng Wong参加了该研究项目。

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