Un chip sviluppato alla Cornell University permette di creare e controllare microbolle di idrogeno da 10 a 100 micrometri, regolando in tempo reale il flusso dei liquidi. Negli esperimenti, gli ultrasuoni hanno attivato le bolle su un’area di 3 millimetri del dispositivo. La tecnologia potrebbe contribuire allo sviluppo di sistemi microfluidici riconfigurabili, con possibili applicazioni nella somministrazione mirata di farmaci.
Il sistema è stato realizzato da ricercatori della Cornell University. Il chip, prodotto presso la Cornell NanoScale Science and Technology Facility, contiene nove minuscoli elettrodi disposti a quadrato. Applicando elettricità, i ricercatori scindono le molecole d’acqua e generano idrogeno: più a lungo viene applicata la tensione, più grande diventa la bolla. La griglia di elettrodi consente di controllare elettricamente dove si formano le bolle e di regolarne dimensioni e numero.
Una volta create, le bolle vengono esposte agli ultrasuoni, onde sonore che le fanno vibrare e trasferire energia al liquido circostante, mettendolo in movimento. Il sistema può essere programmato in tempo reale per produrre singole bolle quando e dove servono, guidarle elettronicamente e controllarne il movimento, da sole o in gruppo. «Con questo insieme di bolle possiamo controllarne in tempo reale dimensioni, numero e posizione, e quindi programmare la direzione del flusso», ha dichiarato Zhiyuan Zhang, autore dello studio pubblicato su Science Advances.
La dimensione delle bolle è decisiva perché determina la frequenza degli ultrasuoni alla quale ciascuna entra in risonanza, cioè vibra in modo particolarmente efficace. Alle frequenze adatte, il flusso generato può essere intenso. «Le dimensioni della bolla determinano la sua frequenza di risonanza», ha spiegato Itai Cohen, professore del Dipartimento di Fisica della Cornell University. «Se si applicano ultrasuoni a 40 kilohertz e la bolla è troppo piccola o troppo grande, non oscillerà in modo significativo. Ma se ha le dimensioni giuste per entrare in risonanza a 40 kilohertz, si genera un flusso molto intenso», ha aggiunto in una dichiarazione.
Gli esperimenti hanno mostrato che il flusso può essere prodotto da una o più bolle. Bolle della stessa dimensione, regolate per entrare in risonanza, possono agire insieme e generare flussi simmetrici; quando invece hanno dimensioni diverse, è la bolla più grande a determinare la direzione del movimento del liquido. Anche la disposizione permette di programmare il flusso: i ricercatori sono riusciti a spostarlo da sinistra a destra o a guidarlo lungo una curva disponendo cinque bolle a forma di L. Variando la tensione si può inoltre ottenere una nube di bolle che si muove rapidamente, mentre l’attivazione degli ultrasuoni consente di spingerle in una direzione specifica.
I risultati mostrano un modo per manipolare i liquidi su scala microscopica. La somministrazione precisa dei farmaci è una possibile applicazione futura indicata dai ricercatori, non un impiego medico già dimostrato.
