Ученые из Университета Пенсильвании создали акустический пинцет – устройство, способное манипулировать мельчайшими частицами и микроорганизмами при помощи акустических волн.

По словам исследователей, работа их устройства основана на достаточно простом принципе. Если расположить два источника акустических волн напротив друг друга, и заставить эти источники излучать волны одной частоты и силы, то ровно посередине между ними образуется «впадина» – регион, где волны взаимно уничтожаются. В результате, частица, подхваченная одной волной, будет двигаться до тех пор, пока не попадет в данный регион.

Используя особую конфигурацию источников, исследователям удалось получить своего рода тоннели, по которым двигались частицы. В качестве источников звуковых волн выступали встречно-штыревые преобразователи (interdigital transducer – IDT), которые превращают электромагнитное излучение в поверхностные акустические волны (то есть упругие волны, распространяющиеся вдоль поверхности твердого тела). Преобразователи были установлены на поверхности полупроводникового чипа.

Ученые протестировали новое устройство на микрочастицах разных форм и размеров. В одном тесте акустические волны использовались для перемещения стеклянных бусинок диаметром около 1,9 микрометра. В другом опыте в качестве объектов выступали красные кровяные тельца коров, а также отдельные кишечные палочки E. coli. Все проведенные испытания подтвердили эффективность работы акустического пинцета.

Фото акустического пинцета. Иллюстрация Tony Jun Huang, Jinjie Shi, Penn State

По словам исследователей, у новой технологии имеется целый ряд преимуществ по сравнению с конкурентами, в частности, оптическими пинцетами. Во-первых, размеры акустического пинцета заметно меньше, чем размеры оптического «коллеги». Во-вторых, энергия акустических волн меньше, чем энергия световых, используемых в оптическом пинцете, поэтому новый прибор с меньшей вероятностью повреждает изучаемые образцы.