Звуковые волны смогли отделить наночастицы в каплях друг от друга
Для выделения наночастиц из жидкости сегодня чаще всего используют методы центрифугирования. В центрифугах за счет действия центробежной сил частицы начинают оседать на дно сосудов и образовывать плотный осадок. Но для работы таких установок требуются довольно большие затраты энергии и времени: процесс центрифугирования может занимать часы и даже дни в зависимости от размера частиц в системе.
Исследователи из Университета Дьюка разработали метод осаждения наночастиц, в котором капли жидкости вращаются с помощью звуковых волн. Ученые создали устройство, способное вращать отдельные капли жидкости. Оно состоит из пьезоэлектрической поверхности, в центре которой находится кольцо из полидиметилсилоксана — соединения кремния, обычно используемого в микрофлюидных технологиях, которое ограничивает каплю и удерживает ее на месте.
Рядом с пьезоэлектрической поверхностью исследователи поместили два генератора звуковых волн и наклонили их определенным образом. Это позволило контролировать частоту и направление звуковых колебаний, которые воздействуют на каплю внутри силиконового кольца. Генераторы создают поверхностные акустические волны, которые проходят по краям капель и заставляют их вращаться. При низкой мощности верхняя часть капли начинает колебаться вокруг кольца, как после удара по поверхности желе. Но когда мощность увеличивается, баланс между поверхностным натяжением капли и ее центробежной силой делает ее плоской и заставляет вращаться вокруг своей оси.
Ученые показали, что, используя различные частоты акустических волн, они могут специфически концентрировать частицы размером до десятков нанометров. В этот диапазон размеров попадают многие биологические молекулы, такие как ДНК и экзосомы, которые играют важную роль в межклеточной коммуникации и передаче болезней. Авторы показали, что их система может успешно отделять субпопуляции экзосом от образца. И в отличие от обычных методов центрифугирования, которые требуют большого количества проб и времени, в новой технологии можно использовать крошечные объемы — всего пять микролитров, — а сам процесс занимает менее минуты.
Для выделения очень маленьких наночастиц на центрифуге может потребоваться несколько часов или даже дней. Новый метод разделения, использующий акустические волны, способен выполнить эту работу меньше чем за минуту