Vi er alle kjent med roboter utstyrt med bevegelige armer.De sitter på fabrikkgulvet, utfører mekanisk arbeid, og kan programmeres.Én robot kan brukes til flere oppgaver.
Små systemer som transporterer ubetydelige mengder væske gjennom tynne kapillærer har vært av liten verdi for slike roboter frem til i dag.Utviklet av forskere som et supplement til laboratorieanalyse, er slike systemer kjent som mikrofluidikk eller lab-on-a-chips og bruker vanligvis eksterne pumper for å flytte væsker over brikken.Til nå har slike systemer vært vanskelige å automatisere, og brikker må designes og produseres på bestilling for hver spesifikke applikasjon.
Forskere ledet av ETH-professor Daniel Ahmed slår nå sammen konvensjonell robotikk og mikrofluidikk.De har utviklet en enhet som bruker ultralyd og som kan festes til en robotarm.Den er egnet for et bredt spekter av oppgaver innen mikrorobotikk og mikrofluidikkapplikasjoner og kan også brukes til å automatisere slike applikasjoner.Forskerne rapporterer om fremgangen i Nature Communications.
Enheten består av en tynn, spiss glassnål og en piezoelektrisk svinger som får nålen til å vibrere.Lignende transdusere brukes i høyttalere, ultralydavbildning og profesjonelt tannutstyr.ETH-forskere kan endre vibrasjonsfrekvensen til glassnåler.Ved å dyppe en nål i en væske skapte de et tredimensjonalt mønster av mange virvler.Siden denne modusen avhenger av oscillasjonsfrekvensen, kan den styres deretter.
Forskere kan bruke den til å demonstrere ulike bruksområder.Først var de i stand til å blande bittesmå dråper av svært viskøse væsker."Jo mer viskøs væsken er, desto vanskeligere er den å blande," forklarer professor Ahmed."Men metoden vår utmerker seg med dette fordi den ikke bare lar oss lage en enkelt virvel, men også blander væsker effektivt ved å bruke komplekse 3D-mønstre som består av flere sterke virvler."
For det andre var forskerne i stand til å pumpe væske gjennom mikrokanalsystemet ved å lage spesifikke virvelmønstre og plassere oscillerende glassnåler nær kanalveggene.
For det tredje var de i stand til å fange opp de fine partiklene som var tilstede i væsken ved hjelp av en robotakustisk enhet.Dette fungerer fordi størrelsen på en partikkel bestemmer hvordan den reagerer på lydbølger.Relativt store partikler beveger seg mot den oscillerende glassnålen, hvor de samler seg.Forskerne viste hvordan denne metoden kan fange ikke bare partikler av livløs natur, men også fiskeembryoer.De mener det også bør fange biologiske celler i væsker.«Tidligere har det alltid vært en utfordring å manipulere mikroskopiske partikler i tre dimensjoner.Vår lille robotarm gjør dette enkelt," sa Ahmed.
"Til nå har fremskritt innen storskala anvendelser av konvensjonell robotikk og mikrofluidikk blitt gjort separat," sa Ahmed."Vårt arbeid bidrar til å bringe disse to tilnærmingene sammen."En enhet, riktig programmert, kan håndtere mange oppgaver."Å blande og pumpe væsker og fange opp partikler, vi kan gjøre alt med én enhet," sa Ahmed.Dette betyr at morgendagens mikrofluidiske brikker ikke lenger trenger å være spesialdesignet for hver spesifikke applikasjon.Forskerne håper deretter å kombinere flere glassnåler for å skape mer komplekse virvelmønstre i væsken.
I tillegg til laboratorieanalyse kan Ahmed tenke seg andre bruksområder for mikromanipulatoren, som å sortere små gjenstander.Kanskje kan hånden også brukes i bioteknologi som en måte å introdusere DNA i individuelle celler.De kan etter hvert brukes til additiv produksjon og 3D-utskrift.
Materialer levert av ETH Zürich.Den originale boken ble skrevet av Fabio Bergamin.MERK.Innhold kan redigeres for stil og lengde.
Få de siste vitenskapelige nyhetene i RSS-leseren din som dekker hundrevis av emner med ScienceDaily-nyhetsstrømmen hver time:
Fortell oss hva du synes om ScienceDaily – vi tar gjerne imot både positive og negative kommentarer.Har du spørsmål om bruk av siden?spørsmål?