We show that Bessel-function acoustic pressure fields can be used to trap and controllably position microparticles. A circular, 16-element ultrasound array generates and manipulates an acoustic field within a chamber, trapping microparticles and agglomerates. Changes in the phase of the sinusoidal signals applied to the array elements result in the movement of the Bessel-function pressure field and hence the microparticles. This demonstrates ultrasonic manipulation analogous to holographic optical tweezers. The manipulation limits of the device are explained by the existence of unwanted resonances within the manipulation chamber.

1.
E. H.
Trinh
,
Rev. Sci. Instrum.
56
,
2059
(
1985
).
2.
S. K.
Chung
and
E. H.
Trinh
,
J. Cryst. Growth
194
,
384
(
1998
).
3.
M.
Saito
,
S.
Izumida
, and
J.
Hirota
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
1909
(
1997
).
4.
W. J.
Xie
,
C. D.
Cao
,
Y. J.
Lu
,
Z. Y.
Hong
, and
B.
Wei
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
214102
(
2006
).
5.
F.
Petersson
,
A.
Nilsson
,
C.
Holm
,
H.
Jonsson
, and
T.
Laurell
,
Lab Chip
5
,
20
(
2005
).
6.
M.
Wiklund
and
H. M.
Hertz
,
Lab Chip
6
,
1279
(
2006
).
7.
T.
Laurell
,
F.
Petersson
, and
A.
Nilsson
,
Chem. Soc. Rev.
36
,
492
(
2007
).
8.
M.
Saito
,
T.
Daian
,
K.
Hayashi
, and
S.
Izumida
,
J. Appl. Phys.
83
,
3490
(
1998
).
9.
B.
Raeymaekers
,
C.
Pantea
, and
D. N.
Sinha
,
J. Appl. Phys.
109
,
014317
(
2011
).
10.
A.
Ashkin
,
J. M.
Dziedzic
, and
T.
Yamane
,
Nature
330
,
769
(
1987
).
11.
G.
Thalhammer
,
R.
Steiger
,
M.
Meinschad
,
M.
Hill
,
S.
Bernet
, and
M.
Ritsch-Marte
,
Biomed. Opt. Express
2
,
2859
(
2011
).
12.
L. P.
Gor'kov
,
Sov. Phys. Dokl.
6
,
773
(
1962
).
13.
R. J.
Townsend
,
M.
Hill
,
N. R.
Harris
, and
N. M.
White
,
Ultrasonics
42
,
319
(
2004
).
14.
F. G.
Mitri
,
F. H.
Garzon
, and
D. N.
Sinha
,
Rev. Sci. Instrum.
82
,
034903
(
2011
).
15.
A. L.
Bernassau
,
F.
Gesellchen
,
P. G. A.
MacPherson
,
M.
Riehle
, and
D. R. S.
Cumming
,
Biomed. Microdevices
14
,
559
(
2012
).
16.
L. A.
Kuznetsova
,
D.
Bazou
,
G. O.
Edwards
, and
W. T.
Coakley
,
Biotechnol. Prog.
25
,
834
(
2009
).
17.
C. D.
Wood
,
J. E.
Cunningham
,
R.
O'Rorke
,
C.
Walti
,
E. H.
Linfield
,
A. G.
Davies
, and
S. D.
Evans
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
054101
(
2009
).
18.
X.
Ding
,
S. -C. S.
Lin
,
B.
Kiraly
,
H.
Yue
,
S.
Li
,
I. K.
Chiang
,
J.
Shi
,
S. J.
Benkovic
, and
T. J.
Huang
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
109
,
11105
(
2012
).
19.
A.
Haake
,
A.
Neild
,
G.
Radziwill
, and
J.
Dual
,
Biotechnol. Bioeng.
92
,
8
(
2005
).
20.
C. R. P.
Courtney
,
C. K.
Ong
,
B. W.
Drinkwater
,
A. L.
Bernassau
,
P. D.
Wilcox
, and
D. R. S.
Cumming
,
Proc. R. Soc. A
468
,
337
(
2012
).
21.
L.
Meng
,
F.
Cai
,
J.
Chen
,
L.
Niu
,
Y.
Li
,
J.
Wu
, and
H.
Zheng
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
173701
(
2012
).
22.
J. R.
Wu
and
G. H.
Du
,
J. Acoust. Soc. Am.
87
,
997
(
1990
).
23.
J. R.
Wu
,
J. Acoust. Soc. Am.
89
,
2140
(
1991
).
24.
T.
Lilliehorn
,
U.
Simu
,
M.
Nilsson
,
M.
Almqvist
,
T.
Stepinski
,
T.
Laurell
,
J.
Nilsson
, and
S.
Johansson
,
Ultrasonics
43
,
293
(
2005
).
25.
J.
Lee
,
C.
Lee
,
H. H.
Kim
,
A.
Jakob
,
R.
Lemor
,
S.-Y.
Teh
,
A.
Lee
, and
K. K.
Shung
,
Biotechnol. Bioeng.
108
,
1643
(
2011
).
26.
J.
Lee
,
S.-Y.
Teh
,
A.
Lee
,
H. H.
Kim
,
C.
Lee
, and
K. K.
Shung
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
073701
(
2009
).
27.
F.
Zheng
,
Y.
Li
,
H. S.
Hsu
,
C. G.
Liu
,
C. T.
Chiu
,
C.
Lee
,
H. H.
Kim
, and
K. K.
Shung
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
214104
(
2012
).
28.
P. L.
Marston
,
J. Acoust. Soc. Am.
120
,
3518
(
2006
).
29.
Y.
Choe
,
J. W.
Kim
,
K. K.
Shung
, and
E. S.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
233704
(
2011
).
30.
P.
Glynne-Jones
,
C. E. M.
Demore
,
C. W.
Ye
,
Y. Q.
Qiu
,
S.
Cochran
, and
M.
Hill
,
IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control
59
,
1258
(
2012
).
31.
J. L.
Thomas
and
R.
Marchiano
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
244302
(
2003
).
32.
C. E. M.
Demore
,
Z.
Yang
,
A.
Volovick
,
S.
Cochran
,
M. P.
MacDonald
, and
G. C.
Spalding
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
194301
(
2012
).
33.
K.
Volke-Sepulveda
,
A. O.
Santillan
, and
R. R.
Boullosa
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
024302
(
2008
).
34.
K. D.
Skeldon
,
C.
Wilson
,
M.
Edgar
, and
M. J.
Padgett
,
New J. Phys.
10
,
013018
(
2008
).
35.
B. T.
Hefner
and
P. L.
Marston
,
J. Acoust. Soc. Am.
106
,
3313
(
1999
).
36.
S. T.
Kang
and
C. K.
Yeh
,
IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control
57
,
1451
(
2010
).
37.
D. G.
Grier
,
Nature
424
,
810
(
2003
).
38.
A. T.
O'Neil
,
I.
MacVicar
,
L.
Allen
, and
M. J.
Padgett
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
053601
(
2002
).
39.
A.
Grinenko
,
P. D.
Wilcox
,
C. R. P.
Courtney
, and
B. W.
Drinkwater
,
Proc. R. Soc. London, Ser. A
468
,
3571
(
2012
).
40.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4798584 for the images used to generate the data and a video in real time.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.