Anche le pompe meccaniche più piccole hanno dei limiti, dalle complesse tecniche di microfabbricazione necessarie per realizzarli al fatto che ci sono limiti a quanto piccoli possano essere. I ricercatori hanno annunciato una potenziale soluzione:una pompa microfluidica fotoacustica azionata da laser, in grado di spostare fluidi in qualsiasi direzione senza parti in movimento o contatti elettrici.

Il lavoro è descritto nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

Usando una lastra di quarzo plasmonico impiantata con atomi d'oro, i ricercatori hanno dimostrato la capacità di spostare liquidi utilizzando un laser per generare un'onda ultrasonica.

"Possiamo usare il laser per far muovere i liquidi in qualsiasi direzione, " disse Jiming Bao, professore associato di ingegneria elettrica e informatica presso l'Università di Houston e autore principale dell'articolo.

Il lavoro si basa su un nuovo principio optofluidico scoperto dal laboratorio di Bao e riportato nel 2017. Quel lavoro ha spiegato come un laser potrebbe essere usato per innescare un flusso di liquido, accoppiare la fotoacustica con lo streaming acustico.

L'ultimo lavoro ha riguardato la fabbricazione di un substrato di quarzo impiantato con 10 ¹⁶ atomi d'oro, o diecimila trilioni di atomi, per centimetro quadrato e testare se un impulso laser potrebbe generare un'onda ultrasonica in grado di creare un flusso di liquido. La lastra di quarzo, delle dimensioni di un'unghia, è stata impiantata con nanoparticelle d'oro; quando un laser pulsato colpisce la lastra, le nanoparticelle d'oro generano un'onda ultrasonica, che poi guida il fluido tramite streaming acustico.

"Questa nuova micropompa si basa su un principio recentemente scoperto di streaming laser fotoacustico ed è semplicemente costituita da una lastra di quarzo plasmonico impiantata in Au [oro], " hanno scritto i ricercatori. "Sotto un'eccitazione laser pulsata, qualsiasi punto sulla piastra può generare un'onda ultrasonica direzionale di lunga durata che guida il fluido tramite streaming acustico."

Il lavoro potrebbe avere implicazioni pratiche, dai dispositivi biomedici e dalla somministrazione di farmaci alla ricerca microfluidica e optofluidica. Wei Kan Chu, un fisico e capo progetto presso il Texas Center for Superconductivity presso UH, ha detto che il vero valore non è ancora noto. "Vorremmo capire meglio i meccanismi di questo, e questo potrebbe aprire qualcosa oltre la nostra immaginazione."

Il dispositivo è stato fabbricato nel laboratorio di Chu; è un coautore, insieme a Nzumbe Epie, Xiaonan Shan e Dong Liu, tutto UH; Shuai Yue, Feng Lin e Zhiming Wang dell'Università di Scienze e Tecnologie Elettroniche della Cina; Qiuhui Zhang dell'Università di Ingegneria di Henan; e Suchuan Dong della Purdue University.

Le nanoparticelle offrono un numero quasi illimitato di bersagli per il laser, che può essere mirato molto più precisamente di una micropompa meccanica, ha detto Bao.

"I meccanismi di come e perché questo funzioni non sono ancora molto chiari, " Chu ha detto. "Abbiamo bisogno di capire meglio la scienza al fine di sviluppare il potenziale delle sue applicazioni imprevedibili".