Micro drops als een jukebox

Grillig experiment genereert muziek uit de frequentie van waterdruppels in een chip

Met behulp van wisselspanning regelen de onderzoekers hoe snel de druppels in de microfluïdische chip door de lijnen stromen. © Nature 2014 / MPI voor dynamiek en zelforganisatie
voorlezen

Capricieus experiment: onderzoekers maken muziek met kleine druppels water in de draden van een chip. Afhankelijk van de frequentie waarmee de druppels door de minilijnen stromen, genereert een software hogere of lagere tonen. "Ode aan de vreugde" van Beethoven werkt redelijk goed. Deze schijnbare snuisterij heeft echter ook praktische voordelen, zoals de onderzoekers benadrukken in het wetenschappelijke tijdschrift "Scientific Reports": in de geneeskunde kan de precieze controle van druppelfrequenties in bloed en DNA-analyses helpen.

Geluiden en melodieën worden gecreëerd door trillingen met verschillende frequenties. Of gitaar snaren resoneren, de lucht in een fluit of het membraan van een luidspreker: de trillingen blijven door de lucht en raken onze oren. Hoe hoger de frequentie - hoe sneller de trillingen - hoe hoger het resulterende geluid. Onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Dynamiek en Zelforganisatie in Göttingen hebben nu een methode ontwikkeld om muziek te produceren met waterdruppeltjes.

Microdruppels in het olie-watermengsel

Voor dit doel pasten ze een wisselspanning tot 1.000 volt toe op een microfluïdische chip. Een dergelijke chip bestaat uit een transparante kunststof, die door de dunne buis loopt. Door deze buizen stroomt olie en water. Omdat de twee vloeistoffen niet mengen, vormt het water in de olie kleine druppeltjes. Met een diameter van enkele micrometers zijn ze echter alleen zichtbaar onder de microscoop.

Hoe hoger de aangelegde spanning, hoe sneller de druppels elkaar volgen - hun frequentie neemt toe. En deze frequenties werden nu door de onderzoekers in tonen vertaald. Hiervoor voegden ze een fluorescerende stof aan het water toe. De druppels stralen licht uit wanneer ze worden verlicht met een laser. Een sensor transformeerde het licht in elektrische signalen, en hieruit produceerde een geluidskaart uiteindelijk overeenkomstige geluiden.

Uit de frequentie van de drops - omgezet in muziek - komt Beethovens 'Ode to Joy' tevoorschijn. © MPI for Dynamics and Self-Organisation

Ode aan de vreugde als een praktische test

De eerste test was een eenvoudige toonladder, gevolgd door de eerste melodie: de "Ode aan de vreugde". Het begin van de Beethoven-symfonie is gemakkelijk te herkennen, zelfs als het niet helemaal duidelijk is: de frequenties hier en daar wijken tot vijf procent af van het oorspronkelijke geluid, dat wil zeggen rond een halve toon. tonen

De mechanische eigenschappen van de microfluïdische chip zijn verantwoordelijk voor deze onnauwkeurigheden: de druppeltjes volgen elkaar niet altijd op exact dezelfde afstand. Ook duurt het enige tijd voordat de elektrische spanning een nieuwe waarde accepteert. Dit is te horen in de melodie als een glijdende verandering in de toonhoogte voordat de laatste noot wordt bereikt. Of het systeem ooit op het podium komt als een elektronisch muziekinstrument is nogal de vraag.

Hulp bij bloed- en DNA-analyses

Maar er zijn praktische toepassingen in de geneeskunde. Microfluïdische chips, zoals gebruikt door Gttinger-onderzoekers, worden immers al gebruikt om vloeibare monsters van bloed of DNA in de vorm van kleine druppeltjes te bestuderen. Voor een diagnose van kanker is het bijvoorbeeld nodig om een ​​groot aantal DNA-moleculen te onderzoeken om het aandeel gemuteerd DNA te bepalen volgt Jean-Christophe Baret, hoofd van de onderzoeksgroep van het Max Planck Instituut van G ttingen.

Eerste microfluïdische chips die geschikt zijn voor dergelijke en andere analytische doeleinden zijn al beschikbaar. Als je echter monsters wilt selecteren en sorteren volgens specifieke criteria, kan de methode die ten grondslag ligt aan het muziekexperiment nuttig zijn: de precieze controle van de druppelfrequentie maakt bijvoorbeeld geïnfecteerde cellen of gemuteerde DNA-moleculen mogelijk om selectief uit te zoeken met behulp van elektrische velden. In de toekomst zou zo'n chip een heel medisch laboratorium kunnen vervangen. (Wetenschappelijke rapporten, 2014; doi: 10.1038 / srep04787)

(Max Planck Society, 15.05.2014 - NPO)