Un team di ingegneri meccanici dell'Università della California a San Diego ha utilizzato con successo le onde acustiche per spostare i fluidi attraverso piccoli canali su scala nanometrica. La svolta è un primo passo verso la produzione di piccoli, dispositivi portatili che potrebbero essere utilizzati per la scoperta di farmaci e applicazioni di microrobotica. I dispositivi potrebbero essere integrati in un laboratorio su un chip per ordinare le celle, spostare liquidi, manipolare le particelle e rilevare altri componenti biologici. Per esempio, potrebbe essere utilizzato per filtrare un'ampia gamma di particelle, come batteri, per condurre una diagnosi rapida.

I ricercatori dettagliano i loro risultati nel numero del 14 novembre di Materiali funzionali avanzati . Questa è la prima volta che le onde acustiche di superficie vengono utilizzate su scala nanometrica.

Il campo della nanofluidica ha lottato a lungo con fluidi in movimento all'interno di canali che sono 1000 volte più piccoli della larghezza di un capello, disse James Amico, un professore ed esperto di scienze dei materiali presso la Jacobs School of Engineering dell'UC San Diego. I metodi attuali richiedono apparecchiature ingombranti e costose nonché temperature elevate. Spostare il fluido fuori da un canale alto solo pochi nanometri richiede pressioni di 1 megaPascal, o l'equivalente di 10 atmosfere.

I ricercatori guidati da Friend avevano cercato di utilizzare le onde acustiche per spostare i fluidi su scala nanometrica per diversi anni. Volevano anche farlo con un dispositivo che potesse essere prodotto a temperatura ambiente.

Dopo un anno di sperimentazione, ricercatore post-dottorato Morteza Miansari, ora a Stanford, è stato in grado di costruire un dispositivo in niobato di litio con canali su scala nanometrica in cui i fluidi possono essere spostati dalle onde acustiche di superficie. Ciò è stato reso possibile da un nuovo metodo sviluppato da Miansari per legare il materiale a se stesso a temperatura ambiente. Il metodo di fabbricazione può essere facilmente ampliato, che abbasserebbe i costi di produzione. Costruire un dispositivo costerebbe $ 1000 ma costruirne 100, 000 farebbe scendere il prezzo a $ 1 ciascuno.

Il dispositivo è compatibile con materiali biologici, cellule e molecole.

I ricercatori hanno utilizzato onde acustiche con una frequenza di 20 megaHertz per manipolare fluidi, goccioline e particelle in nanofessure alte da 50 a 250 nanometri. Per riempire i canali, i ricercatori hanno applicato le onde acustiche nella stessa direzione del fluido che si muoveva nei canali. Per drenare i canali, le onde sonore sono state applicate nella direzione opposta.

Modificando l'altezza dei canali, il dispositivo potrebbe essere utilizzato per filtrare un'ampia gamma di particelle, fino a grandi biomolecole come siRNA, che non entrerebbe nelle fessure. Essenzialmente, le onde acustiche spingerebbero i fluidi contenenti le particelle in questi canali. Ma mentre il fluido passava, le particelle rimarrebbero indietro e formerebbero una massa secca. Questo potrebbe essere usato per una diagnosi rapida sul campo.