液体中の粒子制御の新たな物理法則を発見(Physics Advance Details New Way to Control Solid Objects in Liquid)

ad

2025-05-21 ノースカロライナ州立大学(NCState)

液体中の粒子制御の新たな物理法則を発見(Physics Advance Details New Way to Control Solid Objects in Liquid)

ノースカロライナ州立大学(NC State University)の研究チームは、超音波波動を利用して液滴内の固体粒子を高精度に集中させる新たな物理現象を解明しました。圧電基板上に液滴を置き、表面に超音波を照射することで、液体内部に円形の流れを誘導し、粒子を螺旋状に中心へ集めることが可能となります。この技術は、バイオ医療検査や薬剤開発において、細胞成分の濃縮や微小サンプルの分析精度向上に寄与することが期待されます。また、液滴の表面張力、半径、超音波の振幅を調整することで、粒子の動きを精密に制御できる点も特徴です。さらに、小規模な回転系の物理現象の研究にも応用が可能で、コンパクトかつ観察しやすい実験環境を提供します。

<関連情報>

液滴中の3次元粒子操作のための音響流体スピン制御 Acoustofluidic spin control for 3D particle manipulation in droplets

Chuyi Chen, Yuyang Gu, Joseph Rufo, Jinxin Zhang, […] , and Tony Jun Huang
Science Advances  Published:16 May 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adx0269

Abstract

The rotation of objects and corresponding dynamic systems plays a critical role in applications ranging from microscale droplet-based biochemical assays to nanoscale fluid transport and targeted drug delivery. However, directly observing and controlling these rotational phenomena across these different scales remains a challenge. Here, we introduce an acoustofluidic spinning control method that dynamically guides particles into three-dimensional, periodic spatial patterns within a droplet. Using surface acoustic waves, we induce internal streaming that generates centrifugal forces counteracted by surface tension, leading to the formation of rotating Stokes waves along the droplet’s equator. We show that fluid motion inside the droplet couples with these rotating waves, giving rise to a controllable superimposed helical particle orbit. These findings provide a platform for controlled rotational flows with potential applications in droplet-based microfluidics, biochemical processing, and tunable particle transport in lab-on-a-chip systems.

1700応用理学一般
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました