Engenheiros da Duke University desenvolveram uma nova abordagem para o uso de ondas sonoras para manipular partículas minúsculas suspensas em líquidos de formas complexas. Chamado de "guia de onda sombra, "a técnica usa apenas duas fontes de som para criar um ambiente estreitamente confinado, campo acústico espacialmente complexo dentro de uma câmara sem a necessidade de qualquer estrutura interna. A tecnologia oferece um novo conjunto de recursos para a plataforma de rápido desenvolvimento de pinças acústicas que tem aplicações em campos como controle de reações químicas, micro-robótica, entrega de drogas, e engenharia de células e tecidos.
A pesquisa aparece online em 18 de agosto na revista Avanços da Ciência .
As pinças acústicas são uma tecnologia emergente que usa ondas sonoras para manipular pequenas partículas suspensas em um líquido. Porque nenhum objeto físico está tocando as partículas, a técnica é suave, não oferece problemas de biocompatibilidade e não requer rótulos, tornando-o uma escolha atraente para trabalhar com biomoléculas delicadas.
No reino biomédico, pinças acústicas podem prender, girar e mover partículas ou organismos para inspeção, classificação ou outras aplicações. Eles podem manter certos reagentes e produtos químicos separados antes de permitir que eles se misturem em quantidades precisas para controlar as reações. A tecnologia também oferece uma avenida para padronizar diferentes materiais antes de usar qualquer número de técnicas para fixá-los no lugar para criar novos tipos de materiais.
Apesar de todo o seu potencial, a tecnologia tem suas limitações. A maioria das configurações atuais usa várias fontes de som colocadas em torno de uma câmara cheia de líquido que cria um padrão quadriculado de áreas que podem capturar e mover partículas em sincronia umas com as outras. Isso torna difícil manipular partículas independentemente umas das outras ou por meio de padrões complexos. O último pode ser alcançado incluindo estruturas de canal sólido dentro da câmara, mas isso pode danificar partículas delicadas e limitar a rapidez com que as amostras podem ser movidas pelo sistema.
Para superar essas limitações, Steve Cummer, o ilustre professor de engenharia William H. Younger na Duke, voltou-se para ideias inspiradas em metamateriais. Metamateriais são materiais sintéticos compostos de muitos recursos de engenharia individuais, que juntos produzem propriedades não encontradas na natureza.
"Queríamos injetar energia das ondas acústicas na câmara e usar uma estrutura do lado de fora da câmara para controlar a forma das ondas sonoras dentro, "disse Cummer." O resultado é uma espécie de fibra óptica para som que molda a propagação do som e vaza intencionalmente parte de sua energia para a câmara - uma espécie de sombra sonora - para controlar as partículas internas com canais virtuais.
No novo jornal, Cummer e Junfei Li, um pesquisador de pós-doutorado trabalhando em seu laboratório, em colaboração com o inovador de pinças acústicas Tony Huang, o ilustre professor de engenharia William Bevan na Duke, demonstrar vários recursos de sua abordagem de guia de onda sombra. Cada guia de onda de sombra é criado por impressão 3D em um molde com recursos específicos para controlar as partículas dentro da câmara. Um tipo de silicone chamado polidimetilsiloxano (PDMS) é colocado em cada molde de meio tubo com recursos que criam canais dentro do produto acabado.
O PDMS tem propriedades acústicas muito semelhantes às da água, o que permite que as ondas sonoras viajem facilmente do guia de ondas da sombra para a câmara. O padrão dos canais cheios de ar dentro do PDMS dita onde e como as ondas sonoras entram na câmara, permitindo que os pesquisadores criem uma ampla gama de campos acústicos complexos para controlar as partículas.
Cummer e Li usam essa configuração para capturar e mover micropartículas individuais ao longo de vários caminhos complexos através da câmara. E ao configurar duas fontes de som - uma em cada extremidade do guia de onda da sombra - os pesquisadores mostram que podem bombear partículas ao longo de um arco de curvatura lenta com velocidade precisamente controlada.
Com esta demonstração em mãos, os pesquisadores agora estão procurando adicionar complexidade à sua invenção, tornando os guias de ondas dinamicamente reconfiguráveis ou mesclando-os com outras abordagens existentes para pinças acústicas.
"Dispositivos acústicos são muito difíceis de reconfigurar, mas adoraríamos descobrir uma maneira de tornar isso possível, porque seria uma melhoria dramática na usabilidade desta técnica, "disse Li." Por enquanto, estamos procurando por desafios específicos para os quais poderíamos adaptar esses guias de onda de sombra para movê-los de uma demonstração de prova de conceito para um aplicativo mais sofisticado. "
"O caminho para a aplicação pode ser mesclar isso com vários conceitos no campo, "acrescentou Cummer." Adicionar várias fontes de som e estruturas para criar mais complexidade pode ser o que nos leva ao limite em alguns aplicativos. "
