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科学家引领开发分离亚微米颗粒的新型声流体技术科学家引领未来

2022-12-04

声流体学是声学和流体力学的融合，它提供了对流体和悬浮颗粒的非接触、快速和有效的操纵。施加的声波可以产生非零时间平均压力场，对悬浮在声流体学是声学和流体力学的融合，它提供了对流体和悬浮颗粒的非接触、……

声流体学是声学和流体力学的融合，它提供了对流体和悬浮颗粒的非接触、快速和有效的操纵。施加的声波可以产生非零时间平均压力场，对悬浮在

微流体通道中的粒子施加声辐射力。然而，对于低于临界尺寸的颗粒，由于流体中的声能耗散导致强烈的声流，粘性阻力超过声辐射力。因此，在使用声场进行操作和分选应用时，粒径是一个关键的限制因素，否则这些应用将在传感(等离子体纳米粒子)、生物学(小生物粒子富集)和光学(微透镜)等领域中发挥作用。

尽管声学纳米粒子操纵已被证明，但通常需要太赫兹 (THz) 或千兆赫兹 (GHz) 频率来创建纳米级波长，其中制造非常小的 SAW 换能器特征尺寸具有挑战性。此外，在纳米声学领域中尚未证明单个纳米粒子定位到离散陷阱中。因此，迫切需要开发一种快速、精确和可扩展的方法，用于使用兆赫 (MHz) 频率在声场中进行单独的纳米和亚微米级操作。

由新加坡科技与设计大学(SUTD)叶艾副教授和墨尔本大学David Collins博士领导的跨学科研究团队，与麻省理工学院的Jongyoon Han教授和SUTD的Hong Yee Low副教授合作，开发了一部小说用于在单粒子水平的纳米腔内捕获大量多重亚微米粒子的声流体技术。

声流体装置使用表面声波 (SAW) 作为驱动源，并包含位于微流体通道和声换能器界面处的弹性纳米腔层。生成的 SAW 在纳米腔中引起声驱动变形，并产生时间平均声场，该声场沿通道产生纳米级声力梯度。

通过利用这种独特的纳米级声力场来克服布朗运动和声流，该团队能够将数百万个单独的纳米级和亚微米级粒子操纵到纳米腔中。SAW 致动器上的纳米腔层实现提供了离散的捕获位置，其中单个纳米粒子可以通过暴露于 SAW 来限制，并随着 SAW 激发的停止而释放。这是一种快速处理和非接触式捕获系统，具有广泛应用于亚微米和纳米级物体的分类、图案化和尺寸选择性捕获的潜力。

这项工作已发表在顶级多学科期刊Small上，涵盖了纳米和微米级实验和理论研究的广泛主题，并登上了本期封面。包括 Mahnoush Tayebi、Richard O'Rorke 和 Him Cheng Wong 在内的 SUTD 研究生和博士后参与了该研究项目。