È possibile controllare con precisione i movimenti delle particelle su una superficie liquida utilizzando esclusivamente la luce, senza ricorrere alla fabbricazione di canali fisici o all’applicazione di pressione idrodinamica per generare i flussi. Lo hanno dimostrato, in uno studio recentemente pubblicato su Nature Communications, i ricercatori del Politecnico di Torino, insieme a quelli della Norwegian University of Science and Technology (NTNU), dell’Università di Göteborg e dell’Università di Münster. La ricerca è il risultato di quasi tre anni di lavoro interdisciplinare e nasce da una collaborazione avviata nell’ambito della Geilo School, storica scuola internazionale di fisica della materia condensata.
Un effetto mai osservato prima
“Questo lavoro rappresenta un bell’esempio di serendipity nella ricerca – ha commentato Emiliano Descrovi, docente del Dipartimento Scienza Applicata e Tecnologia-DISAT del Politecnico di Torino e tra gli autori dello studio – La nostra intenzione iniziale era di studiare le foto-deformazioni di singole particelle di azopolimero, disperse sulla superficie di liquido. (S)fortunatamente, si è rivelato molto difficile isolare individualmente le particelle, e ci siamo trovati a illuminare con il laser, sotto il microscopio, molte particelle contemporaneamente. Ci siamo quindi accorti che in certe condizioni di densità di particelle, un moto collettivo andava a instaurarsi, generando così un flusso la cui direzione veniva controllata dalla polarizzazione della luce. L’effetto è stato molto sorprendente perché mai osservato prima e ci ha indotto ad abbandonare il nostro piano iniziale, per comprenderne più profondamente i meccanismi. In futuro vorremo applicare questo nuovo sistema di trasporto di fluidi in ambito biologico, in sinergia con altri sistemi noti come le pinzette ottiche”.
Secondo i ricercatori, in futuro la tecnica potrebbe essere utilizzata, ad esempio, per trasportare e posizionare cellule, batteri o micro-particelle in test diagnostici o per semplificare dispositivi biomedicali e di ricerca, riducendo dimensioni, costi e complessità dei sistemi microfluidici tradizionali. Altre possibili applicazioni includono la miscelazione o separazione di sostanze in laboratorio su chip, senza il ricorso a pompe o valvole, o l’assemblaggio di strutture microscopiche in modo controllato.
Un approccio innovativo alla microfluidica
L’approccio sviluppato dagli autori della ricerca si discosta radicalmente dai metodi tradizionali della microfluidica. I canali di flusso, infatti, sono “disegnati” direttamente su una superficie liquida al microscopio, utilizzando la luce come unico strumento di lavoro. Il metodo su basa sull’utilizzo di minuscole particelle colloidali sospese nel liquido, realizzate con speciali materiali polimerici fotoattivi (azopolimeri).
Quando illuminate, queste particelle modificano la propria forma e mettono in movimento il fluido circostante, generando flussi controllabili. In questo modo, sia le particelle stesse sia oggetti passivi – come microparticelle, cellule e batteri – possono essere trasportati lungo percorsi controllati, senza bisogno di strutture microfabbricate come pompe o valvole, che spesso limitano la flessibilità degli esperimenti e aumentano costi e ingombri nei laboratori.
Il nuovo metodo permette anche il controllo preciso della direzione del flusso, ottenuto non solo modulando la forma del fascio luminoso, ma anche la polarizzazione della luce utilizzata, che determina la direzione di oscillazione del campo elettrico dell’onda luminosa. In questo modo, è possibile creare flussi intrinsecamente direzionali, distinguendo così il metodo da altre tecniche di manipolazione ottica. Il nuovo approccio può anche venire facilmente integrato con i sistemi ottici, ad esempio il microscopio utilizzato per molte tipologie di analisi, evitando così l’uso di apparati fluidici separati.
Immagine creata con l’IA
