Grenzen doorbreken in kleine laboratoria: nieuwe technologie die gebruik maakt van geluidsgolven heeft gevolgen voor de manipulatie van nanodeeltjes

Acoustofluidics combineert op elegante wijze akoestiek met vloeistofmechanica, waardoor nauwkeurige manipulatie van vloeistoffen en deeltjes op zowel micro- als nanoschaal mogelijk wordt. Dit interdisciplinaire veld speelt een cruciale rol in de biogeneeskunde, weefselmanipulatie en de synthese van nanodeeltjes. De effectiviteit en het potentieel van traditionele acoustofluidische apparaten worden echter vaak beperkt door hun afhankelijkheid van de specifieke geometrieën van vloeistofkamers, waardoor hun aanpassingsvermogen en veelzijdigheid worden beperkt.

Om deze beperkingen aan te pakken, maakt de membraan-akoestische golfgeleideractuator (MAWA) -technologie gebruik van geleide buiggolven (GFW's) voor efficiënte en flexibele deeltjescontrole, die onafhankelijk werkt van de resonantie-eigenschappen van de kamer vanwege de vluchtige eigenschappen van de door GFW aangedreven akoestische velden.

Deze aanpak is uitgewerkt in a studie gepubliceerd in Microsystemen en nano-engineering op 8 maart 2024.

In tegenstelling tot traditionele methoden die sterk afhankelijk zijn van het specifieke ontwerp van microfluïdische kamers, maakt MAWA gebruik van geluidsgolven door de trillingen langs microndunne microgefabriceerde membranen te leiden die als akoestische golfgeleider fungeren, zonder beperkingen van de omringende geometrie.

Deze innovatie stelt wetenschappers in staat de beweging van deeltjes bovenop de membranen nauwkeurig te controleren, of het nu gaat om het mengen, scheiden of transporteren ervan binnen een vloeibare ruimte op een microchip.

Het onderzoek gaat diep in op de werking van hoe deze geleide geluidsgolven interageren met deeltjes in een vloeistof, en biedt een kijkje in een toekomst waarin lab-on-a-chip-apparaten veelzijdiger en krachtiger zijn dan ooit tevoren.

Experimenten hebben aangetoond dat door de frequentie en fase van deze geluidsgolven aan te passen, deeltjes kunnen worden gemengd, gescheiden op basis van grootte of zelfs tegen de stroom van een vloeistof in kunnen bewegen, allemaal binnen de grenzen van een klein druppeltje of een microkanaal.

Volgens de eerste auteur Dr. Philippe Vachon: “Ons onderzoek naar microfluïdische technologie brengt aanzienlijke vooruitgang met zich mee in de functies van deeltjesmanipulatie door middel van gelokaliseerde acoustofluidische effecten. Deze op holte-agnostische, op geleide buigingsgolven gebaseerde benadering opent nieuwe wegen voor het ontwerp en de toepassing van Lab-on-a-chip-apparaten Hopelijk zal deze nieuwe technologie in grote mate bijdragen aan toekomstige doorbraken in lab-on-a-chip-systemen gericht op ziektediagnostiek en testen op cellulair niveau.”