研究人员详细描述了一种现象背后的物理原理，该现象使他们能够使用超声波在液体滴中产生旋转，从而集中悬浮在液体中的固体颗粒。这一发现将使研究人员能够设计利用该技术的技术，以在生物医学检测和药物开发等领域开发应用。
研究人员详细描述了一种现象背后的物理原理，该现象使他们能够使用超声波在液体滴中产生旋转，从而集中悬浮在液体中的固体颗粒。这一发现将使研究人员能够设计利用该技术的技术，以在生物医学检测和药物开发等领域开发应用。
“通过在压电基底表面产生超声波，我们可以诱导在该基底上静止的液体滴中的旋转，”北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程助理教授、该研究论文的共同第一作者陈璟说。“超声波的振荡推动车滴内部的流体以圆形流动，但液滴的表面张力阻止液滴展开成平面。一系列来自超声波、旋转液滴和液滴内部流体运动的力使液滴内部的颗粒以螺旋模式移动，基本上通过液滴扭转，汇聚到一个中心点。
“这是一种在液体溶液中浓缩固体颗粒的新颖方法，这在很大程度上是非常有用的，”陈说。“例如，浓缩细胞内容物可能使传感器更容易检测生物医学检测所需的相关材料。”
但是，为了开发利用这一现象的技术，研究人员需要准确理解是什么驱动着它。
“这篇论文是一个重要的进展，因为它详细阐述了控制液滴内颗粒的物理原理，”陈说。“现在我们了解了相关的力量，我们可以做出明智的决策，并设计控制方式在液体样本中浓缩颗粒的技术。”
这些发现的一个关键方面是，您可以通过操纵几种参数来影响液滴内颗粒的运动：液体的表面张力、液滴的半径以及超声波的振幅。
“这为我们提供了多种机制来微调系统的旋转和颗粒的行为，”陈说。
除了在生物医学应用中的潜在用途之外，这一新技术还在探索与旋转系统物理相关的一系列研究问题方面显示出希望。
“例如，我们可以创建类似龙卷风的涡流或在非常小的尺度上研究科里奥利驱动的输送，”陈说。“它使我们能够以紧凑、易于观察和相对便宜的方式探索物理问题，相比于更大规模的技术。”
该研究是在国家卫生研究院的资助下进行的，资助编号为R01GM132603和R01GM141055；还得到了国家科学基金会的资助，资助编号为2104295。
