L'acoustofluidique est la fusion de l'acoustique et de la mécanique des fluides qui offre une manipulation rapide et efficace des fluides et des particules en suspension. L'onde acoustique appliquée peut produire un champ de pression moyen dans le temps non nul pour exercer une force de rayonnement acoustique sur les particules en suspension dans un canal microfluidique. Cependant, pour les particules inférieures à une taille critique, la force de traînée visqueuse domine les forces de rayonnement acoustique en raison du fort flux acoustique résultant de la dissipation de l'énergie acoustique dans le fluide. Ainsi, la taille des particules agit comme un facteur limitant clé dans l'utilisation des champs acoustiques pour des applications de manipulation et de tri qui seraient autrement utiles dans des domaines tels que la détection (nanoparticules plasmoniques), biologie (enrichissement en petites bioparticules) et optique (micro-lentilles).

Bien que la manipulation acoustique des nanoparticules ait été démontrée, des fréquences térahertz (THz) ou gigahertz (GHz) sont généralement nécessaires pour créer des longueurs d'onde nanométriques, dans lequel la fabrication de très petites tailles de caractéristiques de transducteurs SAW est difficile. En outre, le positionnement d'une seule nanoparticule dans des pièges discrets n'a pas été démontré dans les champs nanoacoustiques. D'où, il y a un besoin pressant de développer un jeûne, méthode précise et évolutive pour la manipulation individuelle à l'échelle nanométrique et submicronique dans les champs acoustiques utilisant des fréquences mégahertz (MHz).

Une équipe de recherche interdisciplinaire dirigée par le professeur agrégé Ye Ai de l'Université de technologie et de design de Singapour (SUTD) et le Dr David Collins de l'Université de Melbourne, en collaboration avec le professeur Jongyoon Han du MIT et le professeur agrégé Hong Yee Low du SUTD, a développé une nouvelle technologie acoustofluidique pour le piégeage massivement multiplexé de particules submicroniques dans des nanocavités au niveau d'une seule particule.

Le dispositif acoustofluidique utilise des ondes acoustiques de surface (SAW) comme source d'actionnement et contient une couche de nanocavité élastique située à l'interface du canal microfluidique et du transducteur acoustique. La SAW générée donne lieu à des déformations acoustiques dans les nanocavités et produit un champ acoustique moyenné dans le temps qui génère des gradients de force acoustique à l'échelle nanométrique le long du canal.

En tirant parti de ce champ de force acoustique unique à l'échelle nanométrique pour surmonter le mouvement brownien et le flux acoustique, l'équipe a pu manipuler des millions de particules individuelles à l'échelle nanométrique et submicronique vers les nanocavités. La mise en œuvre de la couche de nanocavité sur l'actionneur SAW fournit des positions de piégeage discrètes où les nanoparticules individuelles peuvent être confinées par exposition à SAW et libérées avec l'arrêt de l'excitation SAW. Il s'agit d'un système de piégeage à traitement rapide et sans contact avec le potentiel d'une application généralisée dans le tri, la modélisation et la capture sélective par taille d'objets submicroniques et nanométriques.

Ce travail a été publié dans Petit , un niveau supérieur, revue pluridisciplinaire, couvrant un large éventail de sujets dans les études expérimentales et théoriques à l'échelle nano et micro, et a été présenté sur la couverture intérieure du numéro. Étudiants diplômés et stagiaires postdoctoraux du SUTD, dont Mahnoush Tayebi, Richard O'Rorke et Him Cheng Wong ont participé à ce projet de recherche.