Ultraschallbasierte mikrofluidische Manipulationsplattform für Tröpfchen in der Luft

Da die Wissenschaft immer mehr auf Automatisierung und schnelle Experimente setzt, ist es manchmal erforderlich, gleichzeitig kleine Flüssigkeitsmengen (Tröpfchen) zu handhaben, von Pikolitern bis hin zu Mikrolitern. Darüber hinaus ist beim Transport von Tropfen zu weit entfernten Geräten oder Behältern ein Tropfenspringen erforderlich. Allerdings ist die digitale Mikrofluidik-Technologie, die Tröpfchen auf einer Oberfläche manipuliert, auf eine maximale Höhe von etwa 5 mm beschränkt.

Hierin entwickelten Forscher eine neue mikrofluidische Plattform, die die Fernkraft des Ultraschalls, die sogenannte akustische Strahlungskraft, nutzt, um Tröpfchen zu manipulieren. Sie entdeckten, dass ein hydrophobes Netz Tröpfchen unterstützen und gleichzeitig Schallwellen durchlassen kann. Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht PNAS-Nexus.

Sie fanden insbesondere heraus, dass Tröpfchen auch in der Luft von Bereichen mit hohem Schalldruck angezogen werden. Dies ermöglicht die Manipulation von Tropfen auf dem Netz mittels Ultraschallwellen, wodurch Tropfensprunghöhen von bis zu 128 mm möglich sind. Darüber hinaus kann die Sprungrichtung gesteuert werden, wodurch es möglich ist, Tröpfchen zu einem benachbarten Gerät oder einer anderen Ebene zu bewegen.

Darüber hinaus können Tröpfchen horizontal bewegt, zusammengeführt und geteilt werden, was wesentliche Funktionen für jede digitale Mikrofluidikplattform sind. Um das Potenzial der Plattform in wissenschaftlichen Experimenten zu veranschaulichen, wurde die Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplungsreaktion auf dieser Plattform durchgeführt und auch ihre Eignung für biologische Experimente demonstriert.

Die Erkenntnisse aus dieser Forschung könnten den Weg für die Entwicklung dreidimensionaler Displays und automatisierter Experimentiersysteme ebnen.