Манипулирование миниатюрными и наноразмерными объектами требует большого и сложного оборудования. Однако найдено более экономное решение – акустические волны, которые можно использовать в качестве подходящего пинцета.

Микрофотография «акустического пинцета»


Акустический пинцет идеален для манипулирования миниатюрными объектами и частицами, особенно – живыми клетками


Коровьи эритроциты, упорядоченные с помощью акустической волны длиной 100 мкм


Полистироловые частицы, упорядоченные звуком длиной волны 200 мкм

«В настоящий момент манипулирование отдельными клетками или наночастицами с помощью “оптических пинцетов” требует сложных устройств и значительной энергии, оно нередко уничтожает живые клетки, - говорит профессор Тони Юн Хуань (Tony Jun Huang), - Акустические пинцеты куда меньше, а энергии требуют в 500 тыс. раз меньше». Действительно, устройство, созданное группой Хуаня, размерами меньше монетки, и оно позволяет перемещать отдельные живые клетки исключительно аккуратно, не повреждая их.

В отличие от обычного пинцета, акустический позволяет манипулировать сразу несколькими объектами, располагая их, скажем, ровно упорядоченным массивом. Именно такой вариант использования особенно удобен для ученых – аккуратно размещенные клетки практичны для исследований в биологии стволовых клеток, для тестирования лекарственных средств и так далее.

Впрочем, акустический пинцет полезен не только биологам. Он подойдет для манипулирования миниатюрными объектами и наночастицами в физике, химии и даже для промышленности будущего – скажем, для аккуратного, точного и быстрого создания нанопокрытий.

Пинцет создает стоячая поверхностная акустическая волна: разместив друг напротив друга два акустических источника, испускающих звук одинаковой частоты, в определенной точке пространства они, интерферируя, взаимно уничтожатся. Это будет кончиком пинцета: частица, подталкиваемая звуковой волной, будет перемещаться вперед, пока не достигнет этой точки.

Таким путем можно создать акустический пинцет со множеством «кончиков»: если исходные волны будут параллельны, они будут организованы в виде параллельных линий, а если волны будут сходиться под углом, то «кончики пинцета» образуют массив из упорядоченных точек.

Ученые провели тестирование своего устройства, используя миниатюрные полистироловые частицы диаметром около 1,9 мкм, эритроциты, выделенные из крови коров (диаметр 5,8 мкм), а также бактерии кишечной палочки (длина 1-3 мкм, толщина около 0,6 мкм). Результаты тестирования оказались просто блестящими, несмотря на разницу в размерах и форме всех этих объектов.

Читайте также о том, как неудачная попытка создать технологию снижения шума от военных вертолетов обернулась крайне перспективной коммерческой технологией, позволяющей превратить любую плоскую поверхность – от экрана мобильника до автомобильной крыши – в качественные динамики: « Звук ниоткуда ».

По пресс-релизу Penn State Live