초음파로 방울을 띄웁니다

음향 부양으로 비접촉식 조작 및 물체 혼합 가능

이 녹색 방울은 두 개의 비 발광성 출발 방울을 자유롭게 부유 혼합하여 만들어졌습니다. © Dimos Poulikakos
소리내어 읽기

초음파는 위치 나 약을위한 것이 아니라 물체를 띄울 수도 있습니다. 이 음향 부양 방법은 이제 스위스 연구자들에 의해 방울과 고형물을 자유롭게 이동, 조작 및 혼합 할 수있는 정도로 개선되었습니다. 이 기술은 예를 들어 "National Aacademy of Sciences"저널에보고 된 바와 같이 특히 민감한 물질, 예를 들어 생물 의학에 사용될 수 있습니다.

소리는 눈에 띄는 힘을 낼 수 있습니다. 거의 모든 주요 라우드 스피커에서 볼 수 있습니다. 등을 대고 무엇보다도베이스를 완전히 올리면 스티로폼 조각이나 그 위에 놓인 다른 가벼운 물체가 춤을 추기 시작합니다. 계속해서 조각을 집어 올리십시오. 그러나 이것은 ETH 취리히의 Daniele Foresti와 그의 동료들이 보여주는 것처럼 음악 대신 단파 초음파를 사용할 때 더욱 효과적입니다.

초음파 장의 노드

이를 위해 사운드를 서로 옆으로 향하게하여 개별적으로 제어 가능한 15mm 너비의 피에조 스피커를 배치했습니다. 이것들로부터 일정 거리에서 그들은 반사판을 고정시켰다. "이것은 스피커와 반사판 사이에 정재파를 만듭니다"라고 연구원들은 설명합니다.

이 파들은 함께 작은 물체의 중력을 극복하기에 충분한 음장을 만들어냅니다. 그러면 노드라고하는 특정 지점에서 플로팅됩니다. 이러한 음향 부양 작업은 이미 이전에 알려져있었습니다. 그러나 스위스 장치의 참신한 점은 초음파 장에서 노드를 움직여서 그 안에 떠있는 입자를 조작 할 수 있다는 것입니다.

음향 부양의 작동 방식은 다음과 같습니다. 사운드 강도를 변경하면 초음파 장과 방울의 위치가 변경됩니다. © Foresti et al. / PNAS

예를 들어 한 실험에서 그들은 음장의 반대쪽 끝에 약 1mm의 물 두 방울을 주입했습니다. 개별 라우드 스피커의 사운드 강도를 최소로 변경하여 필드에서 매듭을 이동하여 두 방울이 서로를 향해 이동 한 다음 마침내 병합되었습니다. 연구진은“우리는 공중에서 여러 방울을 운반하고 조작 할 수있는 다른 방법이나 기술을 알고 있지 않다”고 지적했다. 디스플레이

플로팅 인스턴트 커피 및 DNA 전달

모든 것은 고체와 액체 물체의 혼합물과 잘 어울립니다.이 분야에서 작은 커피 인스턴트 커피와 물 한 방울을 가져 오십시오. 아마도 최초의 플로팅 커피 메이커가 완벽 할 것입니다. 연구원들에 따르면, 이것은 자기장이나 전하로 인해 다른 공중 부양 방법에 비해 정확하게 이점입니다. 음향 변형은 재료와 독립적으로 작동합니다. 물체가 액체인지 고체인지, 전기를 전도하는지 여부, 또는 자성이 있는지 여부는 중요하지 않습니다.

이쑤시개조차 초음파 장에 의해 공중 부양되어 움직입니다. / PNAS

과학자들은 또 다른 실험에서이 방법이 생의학 연구에도 사용될 수 있음을 보여주었습니다. 그들은 한 방울의 DNA 용액과 한 방울의 살아있는 암 세포를 초음파 분야에 넣고 둘 다 합병시켰다. 후속 관찰은 유리 DNA 분자의 일부가 세포 내로 도입되었으며, 표적화 된 유전자 조작에 근본적으로 중요한 과정임을 보여 주었다. 다른 실험에서 그들은 특수한 가성 물질과 융합시켜 형광 단백질을 빛나게했습니다.

이것은 매우 민감한 생물학적 물질조차도 접촉없이, 그리고 통제 된 조건에서 손상이나 파괴없이 조작 할 수 있음을 증명합니다. Foresti와 그의 동료들은“이 개념은 기판이없는 생물학적 및 화학 반응에서 새로운 컨테이너리스 혼합 방법에 이르기까지 완전히 새로운 공정 클래스를위한 길을 열었다”고 말했다. (PNAS (National Academy of Sciences)의 절차, 2013; doi : 10.1073 / pnas.1301860110)

(PNAS, 16.07.2013-NPO)