«Теневой волновод» помог манипулировать частицами при помощи звука
Традиционные методики манипулирования частицами в жидкости не позволяют управлять отдельными структурами. Новая технология решает эту проблему при помощи «тени» от акустических волн
Акустический пинцет — относительно новая технология, в которой звуковые волны используются для манипулирования мелкими частицами, взвешенными в жидкости. Поскольку ни один физический объект не соприкасается с частицами при использовании такого метода, он не вызывает проблем с биосовместимостью и не повреждает мелкие объекты, благодаря чему позволяет работать с очень чувствительными биологическими системами.
Несмотря на весь свой потенциал, эта технология имеет свои ограничения. Большинство современных установок используют несколько источников звука, расположенных вокруг заполненной жидкостью камеры. Источники создают шахматный узор из областей, которые и позволяют удерживать и перемещать частицы. Такая методика, однако, затрудняет манипулирование отдельными частицами независимо друг от друга и не позволяет создавать сложные паттерны движения. Создать сложные паттерны, конечно, можно путем включения твердых канальных структур внутрь камеры, но это может повредить тонкие частицы и ограничить их скорость перемещения.
Чтобы преодолеть эти ограничения, авторы новой работы обратили свой взор на метаматериалы. Это синтетические материалы, состоящие из множества индивидуальных конструкций, каждая из которых отвечает за свое свойство. В итоге получается структура, обладающая уникальным сочетанием свойств. По словам авторов, им удалось создать что-то вроде «оптического волокна для звука», в котором часть энергии акустических волн проходит извне в саму систему и управляет движением частиц.
Снаружи системы расположены генераторы звуковых волн, которые создают колебания и направляют их на сосуд с жидкостью и частицами. В результате сложных взаимодействий между метаматериалом, из которого сделаны стенки сосуда, и звуковыми волнами, внутри конструкции формируется акустический фронт из вторичных волн — своего рода «тень» изначального звукового сигнала. Эта «тень» и позволила физикам управлять частицами внутри заполненной жидкостью трубки.
Статья опубликована в журнале Science Advances.