Nanotecnologia

Raio trator sônico manipula partículas em 3D

Raio trator sônico manipula partículas em 3D
Assim como os raios tratores fotônicos, os raios tratores sônicos poderão ter aplicações espaciais. [Imagem: Marzo/Drinkwater/Subramanian]

Pinças acústicas

As pinças acústicas - também conhecidas como "raios tratores sônicos" - ficaram ainda mais poderosas e versáteis.

Agora elas são capazes de capturar pequenas partículas e movê-las livremente em três dimensões.

A inovação foi anunciada simultaneamente por duas equipes, que usaram abordagens diferentes para conseguir manipular as partículas usando uma única fonte sônica, dispensando a necessidade de múltiplos transdutores e até mesmo de superfícies reflexivas para as ondas sonoras.

Em outras palavras, as partículas podem ser manipuladas pelas pinças sônicas de um único lado, sem necessidade de que a energia acústica penetre o material pelos dois lados, ou que a amostra sendo manipulada precise ser enclausurada em um recipiente.

Raios tratores sônicos e fotônicos

O trabalho das duas equipes torna realidade o longamente esperado uso da técnica para manipulação de células e tecidos vivos, incluindo a realização de microcirurgias, a deposição cuidadosa de medicamentos em pontos específicos de um organismo e a coleta de amostras celulares sem contato, além do uso em microscopia.

A ferramenta mais utilizada até hoje para manipulação de partículas é baseada em luz, as chamadas pinças ópticas, que estão se aproximando de um nível de desenvolvimento que pode viabilizar seu uso no espaço, como os raios tratores vistos na ficção científica.

Segundo os pesquisadores, os raios tratores sônicos também poderão ser usados no espaço, mas dentro das naves e estações espaciais, onde poderão ser úteis para manipular materiais que ficam flutuando pela ausência de gravidade.

Raio trator sônico manipula partículas em 3D
O raio trator sônico agora funciona a partir de um único "canhão" de disparo. [Imagem: APS/Alan Stonebraker]

Gradientes sônicos

Quando uma onda acústica atinge uma partícula, ela exerce uma força oscilatória e uma força constante, conhecida como "pressão de radiação". É esta última que é usada para aprisionar e manipular as partículas, o que exige que ela contenha gradientes de pressão dentro do campo sônico.

Mas gerar esses gradientes a partir de uma única fonte, com a força suficiente para segurar e mover as partículas, e sem que as ondas refletidas se cancelem, não era um desafio pequeno.

Diego Baresch, da Universidade Sorbonne, na França, resolveu o problema usando um alto-falante capaz de gerar um vórtice acústico, que possui uma pressão de radiação ao longo do seu eixo, além de um forte gradiente lateral que aprisiona as partículas com segurança. Para focalizar o vórtice acústico precisamente na partícula foi usada uma lente acústica.

Asier Marzo, trabalhando com colegas das universidades de Navarra (Espanha) e Bristol (Inglaterra), conseguiu dispensar a necessidade da lente acústica usando uma matriz de alto-falantes controlados por um algoritmo para obter o mesmo efeito, gerando gradientes laterais e axiais com força suficiente para manipular as partículas.

Bibliografia:

Observation of a Single-Beam Gradient Force Acoustical Trap for Elastic Particles: Acoustical Tweezers
Diego Baresch, Jean-Louis Thomas, Régis Marchiano
Physical Review Letters
Vol.: 116, 024301
DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.024301

Holographic acoustic elements for manipulation of levitated objects
Asier Marzo, Sue Ann Seah, Bruce W. Drinkwater, Deepak Ranjan Sahoo, Benjamin Long, Sriram Subramanian
Nature
Vol.: 6, Article number: 8661
DOI: 10.1038/ncomms9661




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