由多國研究人員組成的國際研究團隊利用方形玻璃微流體在聲紋振動下的特殊機械特性,將奈米粒子濃縮於液體中,針對各種應用進行分析。

研究人員在《ACS Nano》期刊發佈的「利用聲流體增強奈米粒子濃度」(Enriching Nanoparticles via Acoustofluidics)一文中,介紹一種富含聲流體奈米粒子的元件,能透過使用低功耗聲波,在玻璃毛細管中產生單漩渦聲流。

如上圖所示,該聲流體元件相當於一個硬幣大小;低至5V作業的低功耗設置包括在頂部製造的壓電基板(LiNbO3)與叉指換能器(IDT),以及方形玻璃毛細管採用UV環氧薄層接合在基板上。

施加射頻(RF)訊號至換能器(在MHz範圍內),可產生表面聲波(SAW),並以垂直於玻璃毛細管的方式行進,啟動扭轉振動模式,並產生具有單漩渦的聲流。

20170309 acoustofluidics NT01P1 以3D圖顯示基於聲流體的奈米粒子元件,而側視圖(下)則顯示SAW如何在表面傳播,並在玻璃毛細管中引起扭轉振動

這個看似簡單的配置已經預先證實,並可作為機械模擬工具。根據研究結果,研究人員能夠最佳化並開發工作原型,結合單漩渦聲流與聲輻射力,以便在較小容量的毛細管中填充次微米與奈米級粒子。

研究人員並以實驗驗證其最新發現,在毛細管的中心軸向聚集二氧化矽和聚苯乙烯粒子至80nm至500nm範圍。聲流體晶片還可用於免疫測定責,以螢光擷取標記生物標識物的奈米粒子被濃縮,以增強發射訊號。

在某些情況下,毛細管內的軸向濃度允許以非常低的濃度(低至0.9nM)檢測生物標識物,從而增強了30倍訊號強度,相形之下,直接進行螢光測量則無法顯示同樣微弱存在的生物標識物。

這種低功耗且低成本的聲流體晶片還整合了微型光譜儀,適於許多定點照護(POC)應用,目前也已有一家新創公司準備商用化這種聲流體晶片。

美國杜克大學(Duke University)普拉特工程學院(Pratt School of Engineering)教授Tony Jun Huang表示,「我們初步的發展藍圖是在2020年實現商用化。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:Analysing nanoparticles at chip-level,by Julien Happich)