Bläschen auf Kommando: Cornell-Chip erzeugt und lenkt Mikroblasen mit Ultraschall
Auf einer 3 Millimeter großen Fläche eines Chips entstehen Gasbläschen genau dort, wo sie gebraucht werden. Ultraschall lässt sie schwingen und bewegt so gezielt Flüssigkeit.
Symbolbild · Foto: Polorotyy / Wikimedia Commons, CC BY 4.0 (zugeschnitten und skaliert)
Forschende der Cornell University haben eine Plattform entwickelt, die Mikrobläschen auf Abruf erzeugt und steuert. Auf einer rund 3 Millimeter großen Fläche eines Chips sitzen neun Elektroden mit je 6 Mikrometern Durchmesser, im Quadrat angeordnet. Unter Spannung bildet sich an ihnen Wasserstoffgas – Bläschen mit 10 bis 100 Mikrometern Größe. Die Studie um den Physiker Itai Cohen und den Erstautor Zhiyuan Zhang erschien am 14. Oktober im Fachjournal Science Advances (DOI 10.1126/sciadv.aeg5408).
Ultraschall, im Beispiel mit 40 Kilohertz, bringt die Bläschen zum Schwingen, sodass sie die umgebende Flüssigkeit in Bewegung setzen. Je nach Anordnung entsteht eine andere Strömung: Drei Bläschen in einer Reihe treiben die Flüssigkeit von links nach rechts, drei in einer Diagonale nach links oben, fünf in L-Form erzeugen eine gekrümmte Strömung. Weil die Größe eines Bläschens seine Resonanzfrequenz bestimmt, lassen sich Bläschen gezielt ansprechen. Bei höherer Spannung entsteht eine ganze Bläschenwolke, die sich per Ultraschall in eine Richtung lenken lässt.
Mit der Anordnung ließen sich Größe, Anzahl und Position der Bläschen in Echtzeit steuern, sagt Zhang. Da die Bläschen dort entstehen, wo sie gebraucht werden, braucht das System keine mechanischen Fallen. Als mögliche Anwendungen nennt das Team das gezielte Verabreichen von Medikamenten und von Bläschen angetriebene Mikroroboter. Gefördert wurde die Arbeit von der US-Wissenschaftsstiftung NSF und dem Army Research Office.