Звуковые волны переносят капли для перезаписываемых устройств «лаборатория на кристалле»

Инженеры продемонстрировали универсальную микрожидкостную лабораторию на чипе, которая использует звуковые волны для создания туннелей в масле для манипулирования и бесконтактной транспортировки капель. Эта технология может стать основой для небольшого, программируемого, перезаписываемого биомедицинского чипа, который можно полностью использовать повторно для диагностики на месте или лабораторных исследований. Система обеспечивает перезаписываемую маршрутизацию, сортировку и блокировку капель с минимальным внешним управлением, что является важными функциями для цифрового логического управления каплями.

Автоматизированная работа с жидкостями привела к развитию многих научных областей, таких как клиническая диагностика и крупномасштабный скрининг соединений. Хотя эти системы повсеместно используются в современных биомедицинских исследованиях и фармацевтической промышленности, они громоздки, дороги и плохо справляются с небольшими объемами жидкостей.

Системы «лаборатория на кристалле» смогли до некоторой степени заполнить это пространство, но большинству из них мешает один существенный недостаток:поверхностное поглощение. Поскольку эти устройства опираются на твердые поверхности, транспортируемые образцы неизбежно оставляют после себя следы, которые могут привести к загрязнению. Новая платформа «лаборатория на чипе» использует тонкий слой инертного, несмешивающегося масла, чтобы капли не оставляли после себя никаких следов. Прямо под маслом сетка пьезоэлектрических преобразователей вибрирует, когда через них проходит электричество. Подобно поверхности сабвуфера, эти вибрации создают звуковые волны в тонком слое масла над ними.

Эти звуковые волны образуют сложные узоры, когда они отражаются от верхней и нижней части чипа, а также когда сталкиваются друг с другом. Тщательно планируя конструкцию преобразователей и контролируя частоту и силу вибраций, вызывающих волны, исследователи могут создавать вихри, которые при объединении образуют туннели, которые могут толкать и тянуть капли в любом направлении вдоль поверхности устройства. .

В новой системе используются двухрежимные преобразователи, которые могут транспортировать капли вдоль оси x или y на основе двух разных моделей потоков. Используя двухрежимные преобразователи, исследователи смогли перемещать капли по двум осям, одновременно уменьшая сложность электроники в четыре раза. Они также смогли снизить рабочее напряжение преобразователей в три-семь раз ниже, чем в предыдущей системе, что позволило одновременно контролировать восемь капель. Внедрив в установку микроконтроллер, исследователи смогли запрограммировать и автоматизировать большую часть движения капель.

Способность управлять каплями аналогично логическим системам, имеющимся на компьютерном чипе, необходима для широкого спектра клинических и исследовательских процедур. Следующим шагом будет объединение миниатюрного радиочастотного источника питания и платы управления для крупномасштабной интеграции и динамического планирования.