Le pinzette acustiche sono un potente strumento per la manipolazione senza contatto di particelle e cellule utilizzando le forze di radiazione acustica (ARF) generate dal trasferimento del momento dell'onda acustica. Svolgono un ruolo importante nella tecnologia di visualizzazione, sensori biomedici, dispositivi di imaging, diagnostico e altri.

Sebbene le onde stazionarie o i raggi sonori siano stati utilizzati nei dispositivi a pinzette acustiche per intrappolare le particelle, è necessario un enorme phased array o una piattaforma di spostamento per spostare la fase dell'onda o spostare la sorgente sonora per la manipolazione dinamica che richiede campi acustici variabili nel tempo. Attualmente, è ancora una sfida ottenere la manipolazione dinamica in un piccolo microcanale con un semplice, flessibile, metodo a basso costo e usa e getta.

Un team di ricerca guidato dal Prof. Zheng Hairong degli Istituti di tecnologia avanzata di Shenzhen (SIAT) dell'Accademia cinese delle scienze ha affrontato la sfida di una manipolazione dinamica di particelle e cellule in un microcanale integrando l'acustofluidica, fisica e fabbricazione di cristalli fononici su microscala.

In questo studio, una lastra di cristallo fononico (PCP) fabbricata mediante incisione chimica e situata nel microcanale ha creato un campo sonoro sintonizzabile e variabile nel tempo che ha generato un ARF non isotropo e reversibile che può essere regolato in tempo reale.

L'ARF ha avuto origine dall'interazione delle onde sonore incidenti con l'eccitazione risonante di due diversi modi nella lastra di cristallo fononico.

Queste modalità specifiche potrebbero essere cambiate in modo flessibile semplicemente cambiando la frequenza di guida. Questo cambiamento di frequenza ha indotto un campo acustico altamente localizzato che ha generato un'ARF negativa per intrappolare le particelle, insieme a un campo che perde che ha causato la levitazione di particelle da parte di un ARF positivo, rispettivamente.

In combinazione con un'impostazione della sorgente sonora offset per la posizione del PCP, una forza di radiazione indotta dal gradiente di campo lungo il canale potrebbe ulteriormente trasportare microparticelle o cellule levitate verso la sorgente lungo una certa traiettoria predefinita, come una linea retta, linea polilinea, linea dell'arco o linea ad anello basata sulla linea retta e sulla linea dell'arco.

Un arbitrario movimento stop-and-go, vale a dire, cattura e trasporto, di particelle e cellule lungo un percorso predefinito nel canale è stato ottenuto commutando la frequenza in modo da modificare i modi di risonanza del PCP e progettando modelli sulle piastre di cristalli fononici per costruire percorsi.

"Progettando e ingegnerizzando attentamente i campi acustici utilizzando cristalli fononici o metamateriali in dispositivi microfluidici, una vasta gamma di materiali, particelle, cellule e organismi possono essere manipolati acusticamente in modo sintonizzabile e multifunzionale per applicazioni biomediche, " ha detto il prof. Zheng.

Lo studio è stato pubblicato come suggerimento degli editori sulla rivista Revisione fisica applicata il 30 aprile.