L'acustofluidica è la fusione di acustica e meccanica dei fluidi che fornisce un manipolazione rapida ed efficace di fluidi e particelle sospese. L'onda acustica applicata può produrre un campo di pressione mediato nel tempo diverso da zero per esercitare una forza di radiazione acustica sulle particelle sospese in un canale microfluidico. Però, per particelle al di sotto di una dimensione critica la forza di trascinamento viscoso domina sulle forze di radiazione acustica a causa del forte flusso acustico risultante dalla dissipazione di energia acustica nel fluido. Così, la dimensione delle particelle agisce come un fattore limitante chiave nell'uso dei campi acustici per applicazioni di manipolazione e smistamento che sarebbero altrimenti utili in campi tra cui il rilevamento (nanoparticelle plasmoniche), biologia (piccolo arricchimento di bioparticelle) e ottica (microlenti).

Sebbene sia stata dimostrata la manipolazione acustica delle nanoparticelle, Di solito sono necessarie frequenze terahertz (THz) o gigahertz (GHz) per creare lunghezze d'onda su scala nanometrica, in cui la fabbricazione di dimensioni molto piccole dei trasduttori SAW è impegnativa. Inoltre, il posizionamento di singole nanoparticelle in trappole discrete non è stato dimostrato nei campi nanoacustici. Quindi, c'è un urgente bisogno di sviluppare un veloce, metodo preciso e scalabile per la manipolazione individuale su scala nanometrica e submicronica in campi acustici utilizzando frequenze megahertz (MHz).

Un team di ricerca interdisciplinare guidato dal Professore Associato Ye Ai della Singapore University of Technology and Design (SUTD) e dal Dr. David Collins dell'Università di Melbourne, in collaborazione con il Professor Jongyoon Han del MIT e il Professore Associato Hong Yee Low del SUTD, ha sviluppato una nuova tecnologia acustofluidica per l'intrappolamento di particelle submicroniche massicciamente multiplex all'interno di nanocavità a livello di singola particella.

Il dispositivo acustofluidico utilizza onde acustiche di superficie (SAW) come sorgente di attivazione e contiene uno strato di nanocavità elastica situato all'interfaccia tra il canale microfluidico e il trasduttore acustico. La SAW generata dà origine a deformazioni guidate dall'acustica nelle nanocavità e produce un campo acustico mediato nel tempo che genera gradienti di forza acustica su scala nanometrica lungo il canale.

Sfruttando questo esclusivo campo di forza acustica su scala nanometrica per superare il moto browniano e lo streaming acustico, il team è stato in grado di manipolare milioni di singole particelle su scala nanometrica e submicronica verso le nanocavità. L'implementazione del livello di nanocavità sull'attuatore SAW fornisce posizioni di intrappolamento discrete in cui le singole nanoparticelle possono essere confinate dall'esposizione a SAW e rilasciate con la cessazione dell'eccitazione SAW. Si tratta di un sistema di cattura veloce e senza contatto con il potenziale per un'applicazione diffusa nello smistamento, modellazione e acquisizione selettiva delle dimensioni di oggetti sub-micron e su scala nanometrica.

Questo lavoro è stato pubblicato in Piccolo , un livello superiore, rivista multidisciplinare, coprendo un ampio spettro di argomenti negli studi sperimentali e teorici su nano e microscala, ed è apparso sulla copertina interna del numero. Studenti laureati SUTD e borsisti post-dottorato, tra cui Mahnoush Tayebi, Richard O'Rorke e Him Cheng Wong hanno partecipato a questo progetto di ricerca.