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科學家領導開發了分離亞微米顆粒的新型聲流技

作者: betway必威體育 發布時間: 2020年05月20日 16:39:33

聲流體學是聲學和流體力學的融合,可提供對流體和懸浮顆粒的無接觸,快速有效的操縱。所施加的聲波可以產生非零的時間平均壓力場,以對懸浮在微流體通道中的顆粒施加聲輻射力。然而,對于小于臨界尺寸的顆粒,由于流體中的聲能耗散而產生的強聲流,粘性阻力在聲輻射力上占主導地位。因此,在將聲場用于操縱和分選應用中時,粒徑是關鍵的限制因素,否則在包括傳感(等離子納米粒子),生物學(小生物粒子富集)和光學(微透鏡)的領域中將是有用的。

科學家領導開發了分離亞微米顆粒的新型聲流技

盡管已經證明了聲學納米粒子的操縱,但是通常需要太赫茲(THz)或千兆赫(GHz)頻率來創建納米級波長,在這些波長中制造非常小的特征尺寸的SAW換能器具有挑戰性。此外,尚未在納米聲場中證明將單個納米顆粒定位到不連續的阱中。因此,迫切需要開發一種快速,精確和可擴展的方法,用于使用兆赫茲(MHz)頻率在聲場中進行單個納米級和亞微米級的操縱。

由新加坡科技設計大學(SUTD)的葉愛副教授和墨爾本大學的David Collins博士領導的跨學科研究團隊與麻省理工學院的Jongyoon Han教授和SUTD的Low Hong Yee副教授合作開發了一部小說聲流體技術,用于在單粒子級將大量亞微米粒子捕獲在納米腔體內。

聲流體裝置使用表面聲波(SAW)作為驅動源,并包含位于微流體通道和聲換能器的界面處的彈性納米腔層。產生的聲表面波在納米腔中引起聲學驅動的變形,并產生時間平均聲場,該時間平均聲場沿通道產生納米級聲力梯度。

通過利用這種獨特的納米級聲力場來克服布朗運動和聲流,該團隊能夠將數百萬個單獨的納米級和亞微米級顆粒推向納米腔。SAW致動器上的納米腔層實現方式提供了離散的捕獲位置,在這些位置,單個納米顆??梢酝ㄟ^暴露于SAW來限制,并隨著SAW激發的停止而釋放。這是一種快速處理且無接觸的捕集系統,具有在亞微米和納米級物體的分類,圖案化和尺寸選擇捕獲中廣泛應用的潛力。

這項工作已發表在Small上,這是一本頂級的多學科期刊,涵蓋了納米和微型實驗與理論研究的廣泛主題,并已在該期刊的封面上進行了介紹。SUTD的研究生和博士后,包括Mahnoush Tayebi,Richard O'Rorke和Him Cheng Wong參加了該研究項目。

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