I ricercatori dell'Università di Houston stavano studiando la trasmissione non lineare della luce attraverso una sospensione acquosa di nanoparticelle d'oro quando hanno notato qualcosa di inaspettato. Un laser a impulsi sembrava aver forzato il movimento di un flusso di liquido in una cuvetta di vetro da laboratorio.

Mentre indagavano, si resero conto che qualcosa di più complesso era un lavoro di un trasferimento di quantità di moto dai fotoni laser al liquido. La loro osservazione ha portato a un nuovo principio optofulidico, spiegato in un articolo pubblicato il 27 settembre sulla rivista Progressi scientifici .

"Non era così semplice, " disse Jiming Bao, professore associato di ingegneria elettrica e informatica presso l'Università di Houston e autore principale dell'articolo. "L'impulso di un laser non è abbastanza forte da attivare il movimento".

La luce di solito passa direttamente attraverso l'acqua senza alcun assorbimento e dispersione, così Bao ha detto che anche una forte quantità di moto dai fotoni non genererebbe un flusso di liquido. Le nanoparticelle d'oro si sono rivelate fondamentali:i ricercatori hanno scoperto che le nanoparticelle erano inizialmente necessarie per creare il flusso perché reagivano agli impulsi laser focalizzati per creare una cavità plasmonico-acustica, una struttura che Bao descrisse come una "ciotola" che si formava sulla parete interna della cuvetta, un tipo di provetta di vetro.

Il flusso in movimento di liquido è innescato da onde ultrasoniche generate dall'espansione e dalla contrazione delle nanoparticelle, che si verifica quando le nanoparticelle sulla superficie della cavità si riscaldano e si raffreddano ad ogni impulso laser. Il flusso è stato catturato in video.

Una volta creata una cavità, le nanoparticelle possono essere rimosse. Bao ha detto che lo streaming può essere indotto in qualsiasi fluido.

La scoperta ha il potenziale per migliorare significativamente il lavoro in una serie di campi, compresi esperimenti lab-on-a-chip che coinvolgono liquidi in movimento, come una goccia di sangue, su scala microscopica.

La guida del flusso da parte dell'onda acustica è chiamata streaming acustico ed è stata scoperta dallo scienziato britannico Michael Faraday nel 1831; è ora ampiamente utilizzato in microfluidica. La generazione di ultrasuoni da nanoparticelle d'oro, chiamata fotoacustica, è anche ben noto ed è utilizzato nell'imaging biomedico.

Questo nuovo principio optofluidico abbina la fotoacustica allo streaming acustico. "(It) può essere utilizzato per generare flussi ad alta velocità all'interno di qualsiasi liquido senza additivi chimici e parti meccaniche in movimento apparentemente visibili, " hanno scritto i ricercatori. "La velocità, la direzione e la dimensione del flusso possono essere controllate dal laser."

Oltre a Bao, ricercatori coinvolti nel progetto includono i co-primi autori Yanan Wang e Qiuhui Zhang, Zhuan Zhu, Feng Lin, Shuo Song, Md Kamrul Alam e Dong Liu, tutto UH; Jiangdong Deng dell'Università di Harvard; Geng Ku dell'Università del Kansas; Suchuan Dong della Purdue University; e Zhiming Wang dell'Università di Scienze e Tecnologie Elettroniche della Cina. Bao, Wang e Lin hanno anche incarichi presso l'Università di Scienze e Tecnologie Elettroniche della Cina.

Bao ha detto che è necessario più lavoro per capire meglio come le nanoparticelle d'oro formano la cavità plasmonico-acustica e per determinare modi migliori per generare un flusso liquido, tra l'altro. Ma ci saranno una serie di applicazioni per il principio appena scoperto.

"Lo streaming laser troverà applicazioni in dispositivi attivati ​​o controllati otticamente come la microfluidica, propulsione laser, chirurgia laser e pulizia, trasporto di massa o miscelazione, " concludono i ricercatori.