Звукові хвилі змогли відокремити наночастинки в краплях одна від одної

Вчені створили метод концентрування і поділу наночастинок у краплях рідини. Для цього фізики використовували звукові хвилі.

Для виділення дуже маленьких наночастинок на центрифузі може знадобитися кілька годин або навіть днів. Новий метод розділення, який використовує акустичні хвилі, здатний виконати цю роботу менше ніж за хвилину

Для виділення наночастинок з рідини сьогодні найчастіше використовують методи центрифугування. У центрифугах за рахунок дії відцентрової сил частинки починають осідати на дно судин і утворювати щільний осад. Але для роботи таких установок потрібні досить великі витрати енергії і часу: процес центрифугування може займати години і навіть дні залежно від розміру частинок у системі.

Дослідники з Університету Дьюка розробили метод осадження наночастинок, в якому краплі рідини обертаються за допомогою звукових хвиль. Вчені створили пристрій, здатний обертати окремі краплі рідини. Воно складається з п'єзоелектричної поверхні, в центрі якої знаходиться кільце з полідіметилсілоксану - з'єднання кремнію, зазвичай використовується в мікрофлюїдних технологіях, яке обмежує краплю і утримує її на місці.

Поруч з п'єзоелектричною поверхнею дослідники помістили два генератори звукових хвиль і нахилили їх певним чином. Це дозволило контролювати частоту і напрямок звукових коливань, які впливають на краплю всередині силіконового кільця. Генератори створюють поверхневі акустичні хвилі, які проходять по краях крапель і змушують їх обертатися. При низькій потужності верхня частина краплі починає коливатися навколо кільця, як після удару по поверхні желе. Але коли потужність збільшується, баланс між поверхневим натягненням краплі і її відцентровою силою робить її плоскою і змушує обертатися навколо своєї осі.

Вчені показали, що, використовуючи різні частоти акустичних хвиль, вони можуть специфічно концентрувати частинки розміром до десятків нанометрів. У цей діапазон розмірів потрапляють багато біологічних молекул, таких як ДНК і екзосоми, які відіграють важливу роль у міжклітинній комунікації та передачі хвороб. Автори показали, що їхня система може успішно відокремлювати субпопуляції екзосом від зразка. І на відміну від звичайних методів центрифугування, які вимагають великої кількості проб і часу, в новій технології можна використовувати крихітні обсяги - всього п'ять мікролітрів, - а сам процес займає менше хвилини.