Акустическое улавливание использует радиационное давление звуковых волн, чтобы обездвижить красные кровяные тельца или другие частицы размером в микрометры в потоке внешней жидкости. Эти и более крупные частицы ощущают слабое воздействие, создаваемое звуковыми волнами, тогда как более мелкие, наноразмерные частицы уносятся потоком (см. [Обзор: улавливание крупных частиц с помощью звука](https://physics.aps.org/articles/v11/s10)).
Тем не менее более десяти лет назад инженеры сделали удивительное и озадачивающее открытие. Наночастицы, такие как внеклеточные везикулы, могут быть захвачены акустическими полями при условии, что они смешаны с жидкой суспензией микрочастиц. Ален Павлич из Калифорнийского технологического института и Тьерри Бааш из Лундского университета в Швеции теперь разгадали эту загадку [1].
Моделирование поведения частиц
Два теоретика смоделировали поведение сферических частиц в неглубокой жидкой ячейке, помещённой в поле акустического давления и управляемой фоновым потоком. Их симуляция началась с набора из 12 «начальных» частиц (диаметром 5 мкм) и 13 «целевых» частиц (диаметром 500 нм) и отслеживала силы, действующие на каждую частицу из-за фоновых эффектов и взаимодействий с соседями. Были изучены различные скорости потока, интенсивности акустического поля, а также комбинации массы и размера частиц.
Результаты исследования
Исследование показало, что крупные начальные частицы защищают более мелкие от фонового потока. В результате более мелкие частицы испытывали меньшее сопротивление, чем если бы они были одни. Между тем волны, рассеянные крупными частицами, сходились, создавая «колодцы», которые улавливали мелкие частицы, действуя как клей, который предотвращал их выход. Эти акустические взаимодействия были незначительны в системе с одними мелкими частицами.
Павлич и Бааш пришли к выводу, что улавливание наночастиц возникает в результате сочетания гидродинамического экранирования и взаимодействий, управляемых акустикой. Пара утверждает, что это открытие может потенциально лечь в основу нового метода разделения биологических частиц по массовой плотности.
Источник
— Рэйчел Берковиц
Рэйчел Берковиц — ответственный редактор журнала Physics Magazine в Ванкувере, Канада.