Des ingénieurs de l’Université Duke ont mis au point un système pour manipuler des particules approchant le minuscule diamètre de 2,5 nanomètres de l’ADN en utilisant des champs électriques induits par le son. Surnommée  » nanopince acoustoélectronique « , l’approche fournit une méthode sans étiquette et contrôlable dynamiquement pour déplacer et piéger des nanoparticules sur une grande surface area. La technologie est prometteuse pour des applications dans des domaines allant de la physique de la matière condensée à la biomédecine.



La recherche apparaît en ligne le 22 juin dans Character Communications.

Le contrôle précis des nanoparticules est une capacité cruciale pour de nombreuses systems émergentes. Par exemple, séparer les exosomes et d’autres minuscules molécules biologiques du sang pourrait conduire à de nouveaux varieties de tests de diagnostic pour la détection précoce des tumeurs et des maladies neurodégénératives. Placer des nanoparticules d’ingénierie dans un motif spécifique avant de les fixer en position peut aider à créer de nouveaux sorts de matériaux avec des propriétés hautement ajustables.



Pendant plus d’une décennie, Tony Jun Huang, professeur distingué William Bevan de génie mécanique et de science des matériaux à Duke, a développé des systèmes de pinces acoustiques qui utilisent des ondes sonores pour manipuler les particules. Cependant, il devient difficile de faire bouger les choses avec le son lorsque leur profil tombe en dessous de celui de certains des in addition petits virus.

« Bien que nous utilisions encore fondamentalement le son, nos nanopinces acoustoélectroniques utilisent un mécanisme très différent de ces technologies précédentes », a déclaré Joseph Rufo, un étudiant diplômé travaillant dans le laboratoire de Huang. « Maintenant, nous n’exploitons pas seulement les ondes acoustiques, mais les champs électriques ayant les propriétés des ondes acoustiques. »

Au lieu d’utiliser des ondes sonores pour déplacer directement les nanoparticules, Huang, Rufo et Peiran Zhang, write-up-doctorant dans le laboratoire de Huang, utilisent des ondes sonores pour créer des champs électriques qui fournissent la poussée. La nouvelle approche de la pince acoustoélectronique fonctionne en plaçant un substrat piézoélectrique – un matériau mince qui crée de l’électricité en réponse à une contrainte mécanique – sous une petite chambre remplie de liquide. Quatre transducteurs sont alignés sur les côtés de la chambre, qui envoient des ondes sonores dans le substrat piézoélectrique.

Ces ondes sonores rebondissent et interagissent les unes avec les autres pour créer un motif stable. Et parce que les ondes sonores créent des contraintes dans le substrat piézoélectrique, elles créent également des champs électriques. Ceux-ci se couplent aux ondes acoustiques d’une manière qui crée des motifs de champ électrique dans la chambre au-dessus.

« Les vibrations des ondes sonores font également alterner dynamiquement le champ électrique entre des fees positives et négatives », a déclaré Zhang. « Ce champ électrique alternatif polarise les nanoparticules dans le liquide, qui sert de poignée pour les manipuler. »

Le résultat est un mécanisme qui mélange certaines des forces d’autres manipulateurs de nanoparticules. Étant donné que les nanopinces acoustoélectroniques induisent une réponse électromagnétique dans les nanomatériaux, les nanoparticules n’ont pas besoin d’être conductrices seules ou étiquetées avec un quelconque modificateur. Et comme les motifs sont créés avec des ondes sonores, leurs positions et propriétés peuvent être modifiées rapidement et facilement pour créer une variété d’options.

Dans le prototype, les chercheurs montrent des nanoparticules placées dans des motifs rayés et en damier. Ils poussent même des particules individuelles de manière arbitraire de manière dynamique, en épelant des lettres telles que D, U, K et E. Les chercheurs démontrent ensuite que ces nano-motifs alignés peuvent être transférés sur des films secs à l’aide de nanoparticules délicates telles que les nanotubes de carbone, 3,5 -des protéines nanométriques et du dextrane 1,4 nanomètre souvent utilisés dans la recherche biomédicale. Et ils montrent que tout cela peut être accompli sur une zone de travail qui est des dizaines à des centaines de fois additionally grande que les technologies de nanotweezing de pointe actuelles.