Сортируем частицы звуком

 


Точное размещение наночастиц на поверхности является ключевой проблемой большинства нанотехнологичных приложений, в особенности, молекулярной электроники. Однако существующие методы автоматического структурирования частиц либо довольно медленны (например, DPN, dip-pen lithography), либо требуют наличия готовых шаблонов. Кроме того, для многих применений большое значение имеет сортировка частиц по размерам. Автоматическое разделение частиц по размерам также является важной задачей. Швейцарские исследователи показали, что использование стоячей звуковой волны позволяет сортировать частицы в зависимости от их размеров. Наночастицы агрегируются в пучностях, а микронные частицы в узлах звуковой волны, создаваемой осциллирующими кантилеверами.

В 1787 году немецкий физик Ernst Chladni обнаружил, что песчинки под действием вибрации могут формировать симметричные фигуры (фигуры Хладни), показывающие распределение стоячих волн. Спустя 200 лет были обнаружены микроскопические фигуры Хладни, открывающие новые возможности сортировки частиц по размерам.

Ученые показали, что наноразмерные осцилляции пучков кантилеверов в жидкости заставляют частицы, ранее покоящиеся на поверхности, двигаться либо к узлам, либо к пучностям волны в зависимости от их размеров. Однако в малых масштабах зависимость инвертируется. Исследователи отмечают, что можно предсказать зависящий от частоты критический размер агрегатов, при котором это происходит.

Демонстрация микроразмерных фигур Хладни открывает новые возможности для сортировки и манипуляции частицами, клетками и органеллами в зависимости от их размеров. Агрегированные в пучностях и узлах частицы могут быть транспортированы в перпендикулярном направлении и разделены. Скорости распространения могут настраиваться путем подбора поверхностей и подходящего буферного раствора. Для сортировки частиц более чем двух размеров могут быть использованы массивы кантилеверов в виде веера, охватывающие сразу несколько резонансных частот.

Для структурирования более широкие возможности может предоставить использование мембран вместо кантилеверов. Сгруппированные частицы могут быть зафиксированы при помощи лазерной обработки (laser curing), фотополимеризации, селективного осаждения на металлы или полимеры. После фиксации жидкость удаляется, а полученный рисунок может быть перенесен с мембраны на поверхность чипа. Таким образом может осуществляться многошаговая сборка сложных биотехнологических сенсоров или наноэлектрических цепей.

Работа "Chladni Figures Revisited Based on Nanomechanics" опубликована в Physical Review Letters.

Источник: Нанотехнологическое сообщество