Pesquisadores da Universidade de Houston estavam estudando a transmissão não linear da luz através de uma suspensão aquosa de nanopartículas de ouro quando notaram algo inesperado. Um pulso de laser parecia ter forçado o movimento de um jato de líquido em uma cubeta de vidro do laboratório.

Enquanto eles investigavam, eles perceberam que algo mais complexo era um trabalho do que uma transferência de momento dos fótons do laser para o líquido. A observação deles levou a um novo princípio optofulídico, explicado em um artigo publicado em 27 de setembro na revista Avanços da Ciência .

“Não era tão simples, "disse Jiming Bao, professor associado de engenharia elétrica e da computação na Universidade de Houston e autor principal do artigo. "O impulso de um laser não é forte o suficiente para ativar o movimento."

A luz geralmente passa direto pela água sem qualquer absorção e dispersão, então Bao disse que mesmo um momento forte dos fótons não geraria um fluxo de líquido. As nanopartículas de ouro revelaram-se fundamentais - os pesquisadores descobriram que as nanopartículas foram inicialmente necessárias para criar o fluxo porque reagiram ao laser focalizado para criar uma cavidade acústica-plasmônica, uma estrutura que Bao descreveu como uma "tigela" que se formou na parede interna da cubeta, um tipo de tubo de ensaio de vidro.

O fluxo de líquido em movimento é desencadeado por ondas de ultrassom geradas pela expansão e contração das nanopartículas, que ocorre quando as nanopartículas na superfície da cavidade aquecem e esfriam a cada pulso de laser. O stream foi capturado em vídeo.

Uma vez que uma cavidade é criada, as nanopartículas podem ser removidas. Bao disse que o streaming pode ser induzido em qualquer fluido.

A descoberta tem o potencial de melhorar significativamente o trabalho em vários campos, incluindo experimentos lab-on-a-chip envolvendo líquidos em movimento, como uma gota de sangue, em escala microscópica.

O direcionamento do fluxo por onda acústica é chamado de streaming acústico e foi descoberto pelo cientista britânico Michael Faraday em 1831; agora é amplamente usado em microfluídica. A geração de ultrassom por nanopartículas de ouro, chamada fotoacústica, também é bem conhecido e é usado em imagens biomédicas.

Este novo princípio da optofluídica combina fotoacústica com streaming acústico. "(Ele) pode ser usado para gerar fluxos de alta velocidade dentro de quaisquer líquidos sem quaisquer aditivos químicos e peças mecânicas em movimento aparentes visíveis, "escreveram os pesquisadores." A velocidade, a direção e o tamanho do fluxo podem ser controlados pelo laser. "

Além de Bao, pesquisadores envolvidos no projeto incluem os co-autores Yanan Wang e Qiuhui Zhang, Zhuan Zhu, Feng Lin, Shuo Song, Md Kamrul Alam e Dong Liu, tudo de UH; Jiangdong Deng, da Universidade de Harvard; Geng Ku, da Universidade do Kansas; Suchuan Dong, da Purdue University; e Zhiming Wang, da Universidade de Ciência Eletrônica e Tecnologia da China. Bao, Wang e Lin também têm cargos na Universidade de Ciência Eletrônica e Tecnologia da China.

Bao disse que mais trabalho é necessário para entender melhor como as nanopartículas de ouro formam a cavidade plasmônica-acústica e para determinar as melhores maneiras de gerar um fluxo de líquido, entre outras coisas. Mas haverá uma série de aplicações para o princípio recém-descoberto.

"O streaming de laser encontrará aplicativos em dispositivos opticamente controlados ou ativados, como microfluídicos, propulsão a laser, cirurgia a laser e limpeza, transporte de massa ou mistura, "concluem os pesquisadores.