Vi är alla bekanta med robotar utrustade med rörliga armar.De sitter på fabriksgolvet, utför mekaniskt arbete och kan programmeras.En robot kan användas för flera uppgifter.
Små system som transporterar försumbara mängder vätska genom tunna kapillärer har varit av ringa värde för sådana robotar fram till idag.Utvecklade av forskare som ett komplement till laboratorieanalys, är sådana system kända som mikrofluidik eller lab-on-a-chips och använder vanligtvis externa pumpar för att flytta vätskor över chipet.Hittills har sådana system varit svåra att automatisera och chips måste designas och tillverkas på beställning för varje specifik applikation.
Forskare under ledning av ETH-professorn Daniel Ahmed slår nu samman konventionell robotik och mikrofluidik.De har utvecklat en apparat som använder ultraljud och som kan fästas på en robotarm.Den är lämplig för ett brett spektrum av uppgifter inom mikrorobotik och mikrofluidikapplikationer och kan även användas för att automatisera sådana applikationer.Forskarna rapporterar framstegen inom Nature Communications.
Enheten består av en tunn, spetsig glasnål och en piezoelektrisk givare som får nålen att vibrera.Liknande givare används i högtalare, ultraljudsbilder och professionell tandvårdsutrustning.ETH-forskare kan ändra vibrationsfrekvensen för glasnålar.Genom att doppa en nål i en vätska skapade de ett tredimensionellt mönster av många virvlar.Eftersom detta läge beror på oscillationsfrekvensen kan det styras därefter.
Forskare kan använda den för att demonstrera olika tillämpningar.Först kunde de blanda små droppar av mycket viskösa vätskor."Ju mer trögflytande vätskan är, desto svårare är den att blanda", förklarar professor Ahmed."Men vår metod överträffar detta eftersom den inte bara tillåter oss att skapa en enda virvel, utan också effektivt blandar vätskor med hjälp av komplexa 3D-mönster som består av flera starka virvlar."
För det andra kunde forskarna pumpa vätska genom mikrokanalsystemet genom att skapa specifika virvelmönster och placera oscillerande glasnålar nära kanalväggarna.
För det tredje kunde de fånga upp de fina partiklarna i vätskan med hjälp av en robotakustisk anordning.Detta fungerar eftersom storleken på en partikel avgör hur den reagerar på ljudvågor.Relativt stora partiklar rör sig mot den oscillerande glasnålen, där de ackumuleras.Forskarna visade hur denna metod kan fånga inte bara partiklar av livlös natur, utan även fiskembryon.De tror att det också borde fånga biologiska celler i vätskor.”Tidigare har det alltid varit en utmaning att manipulera mikroskopiska partiklar i tre dimensioner.Vår lilla robotarm gör det här enkelt, säger Ahmed.
"Hittills har framstegen inom storskaliga tillämpningar av konventionell robotik och mikrofluidik gjorts separat", säger Ahmed."Vårt arbete hjälper till att sammanföra dessa två tillvägagångssätt."En enhet, korrekt programmerad, kan hantera många uppgifter."Blanda och pumpa vätskor och fånga upp partiklar, vi kan göra allt med en enhet," sa Ahmed.Detta innebär att morgondagens mikrofluidchip inte längre behöver specialdesignas för varje specifik applikation.Forskarna hoppas sedan kunna kombinera flera glasnålar för att skapa mer komplexa virvelmönster i vätskan.
Förutom laboratorieanalys kan Ahmed tänka sig andra användningsområden för mikromanipulatorn, som att sortera små föremål.Kanske skulle handen också kunna användas inom bioteknik som ett sätt att introducera DNA i enskilda celler.De kan så småningom användas för additiv tillverkning och 3D-utskrift.
Material tillhandahålls av ETH Zürich.Originalboken skrevs av Fabio Bergamin.NOTERA.Innehållet kan redigeras för stil och längd.
Få de senaste vetenskapsnyheterna i din RSS-läsare som täcker hundratals ämnen med ScienceDaily-nyhetsflödet varje timme:
Berätta för oss vad du tycker om ScienceDaily – vi välkomnar både positiva och negativa kommentarer.Har du frågor om hur du använder webbplatsen?fråga?