Resumé
Afhandlingen Acoustic streaming in microchannels The trinity of analytics, numerics,
and experiments, Akustisk strømning i mikrokanaler Treenigheden bestående af analytisk,
numerisk og eksperimentiel analyse beskriver et studie af væske- og partikkelbevægelse
forårsaget af lydbølger i en mikrokanal.
Bevægelse af partikler ved brug af lyd kaldes akustoforese. En lydbølge påvirker en partikel
i en væske direkte og indirekte. Den direkte påvirkning sker ved at lydbølgen spredes
på partiklen, hvis partiklen og væsken har forskellig massetæthed eller sammentrykkelighed.
Partiklen vil heraf opleve en kraftpåvirkning kaldet den akustiske strålingskraft. Den
indirekte påvirkning sker ved at lydbølgen dæmpes på sin vej gennem væsken, hvilket
skaber en strømning i væsken kaldet den akustiske strømning. Den akustiske strømning
trækker partiklerne i væsken med sig, og derved påvirker lydbølgen indirekte partiklerne
med en trækkraft. Strålingskraften og trækkraften afhænger på forskellig vis af partiklens
størrelse, sådan at store partikler primært bliver påvirket af strålingskraften og små
partikler primært bliver påvirket af trækkraften.
Akustoforese er interessant fordi man kan anvende strålingskraften til at ytte rundt på
partikler, såsom biologiske celler og bakterier, på kontrolleret vis. Dette gøres i praksis ved
at have en opløsning af celler i vand som yder igennem en meget smal kanal, hvis bredde
svarer til tykkelsen af et menneskehår. Kanalen er ætset i en silicium plade, hvortil der
kan tilsluttes væskeslanger. Pladen med væskekanalen placeres ovenpå en vibrator, hvorved
der skabes lydbøger i væskekanalen. Strålingskraften skubber cellerne ind mod midten af
kanalen, hvorved cellerne kan koncentreres eller forskellige celler kan skilles fra hinanden på
baggrund af deres massetæthed og sammentrykkelighed. Trækkraften derimod får cellerne
til at cirkulere rundt i kanalen og modvirker derved strålingskraften, særligt for små celler.
Det er interessant at forstå fysikken bag den akustiske strømning, så man kan undgå eller
mindske trækkraftens indydelse på bevægelsen af cellerne.
Denne afhandling præsenterer en computermodel til beregning af den lydbølge, der
opbygges i en væskekanal som følge af en vibration af kanalens vægge, samt den resulterende
strålingskraft og trækkraft på partikler i væsken. Modellen kan forudsige partiklers
bevægelse i kanalen, og dens resultater viser god overensstemmelse med de i afhandlingen
præsenterede eksperimentelle målinger.
Gennem teoretiske beregninger og eksperimentelle målinger demonstreres hvordan der i
en kvadratisk væske kanal, ved et bestemt valg af lydbølgens frekvens, kan opnås en væskestr
ømning der ikke modarbejder den akustiske strålingskraft. Herved skabes der mulighed
for at kontrollere bevægelsen af små partikler, som hidtil ikke var muligt. Dette er bl.a.
v