音響的に駆動される振動ナノキャビティにおける非常に多重化されたサブミクロン粒子パターン形成

ナノ音響場は、ナノスケールでの粒子作動の有望な方法ですが、通常、ナノスケールの波長を作成するためにTHZ周波数が必要です。この作業では、音響構造相互作用を介してMHz駆動周波数を使用して、堅牢なナノスケール力勾配の生成が実証されています。マイクロ流体チャネルと移動表面音波（SAW）デバイスとの間の界面にある構造化された弾性層は、それぞれが個々のサブミクロン粒子をトラップすることができます。ナノキャビティの音響駆動の変形は、懸濁粒子をナノキャビティに向けて閉じ込めた時間平均音響場を生み出します。のこぎりを使用すると、単一粒子レベルでの決定論的なパターン化を伴う大幅に多重化された粒子操作が可能になります。この作業では、直径300 nmの粒子は、空洞ごとに1つの粒子を持つ20〜80 µmの範囲の波長の移動鋸を使用して、直径500 nmの空洞に音響的に閉じ込められています。ナノスケール音響力勾配のオンデマンド生成には、生物粒子の濃縮や産業用途向けの触媒反応の強化など、ナノ粒子操作に幅広い用途があります。

Nanoacoustic fields are a promising method for particle actuation at the nanoscale, though THz frequencies are typically required to create nanoscale wavelengths. In this work, the generation of robust nanoscale force gradients is demonstrated using MHz driving frequencies via acoustic-structure interactions. A structured elastic layer at the interface between a microfluidic channel and a traveling surface acoustic wave (SAW) device results in submicron acoustic traps, each of which can trap individual submicron particles. The acoustically driven deformation of nanocavities gives rise to time-averaged acoustic fields which direct suspended particles toward, and trap them within, the nanocavities. The use of SAWs permits massively multiplexed particle manipulation with deterministic patterning at the single-particle level. In this work, 300 nm diameter particles are acoustically trapped in 500 nm diameter cavities using traveling SAWs with wavelengths in the range of 20-80 µm with one particle per cavity. On-demand generation of nanoscale acoustic force gradients has wide applications in nanoparticle manipulation, including bioparticle enrichment and enhanced catalytic reactions for industrial applications.