Tesis doctorales DEIM - EIMS Doktoretza tesiak

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http://hdl.handle.net/2454/29494

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Browsing Tesis doctorales DEIM - EIMS Doktoretza tesiak by Subject "Acoustic fields"

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    PublicationOpen Access
    Optimization of acoustic fields: advances towards its use for matter manipulation and contactless fabrication
    (2023) Ezcurdia Aguirre, Íñigo Fermín; Marzo Pérez, Asier; Estadística, Informática y Matemáticas; Estatistika, Informatika eta Matematika; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
    Los campos de presión acústica son capaces de modelar y levitar partículas de una amplia gama de materiales y tamaños a través del aire, el agua o el tejido biológico. Esto tiene aplicaciones en cristalografía, manipulación celular, escenarios lab-on-a-chip, farmacología, transporte sin contacto e incluso levitación de seres vivos. En general, la investigación de campos de presión acústica ha experimentado avances significativos en los últimos años. Su flexibilidad y sus posibles aplicaciones han aumentado considerablemente con el desarrollo de técnicas holográficas y el uso de optimizadores. Sin embargo, aún hay margen de mejora, ya que las limitaciones dificultan la aplicación de los campos acústicos en diversos escenarios de investigación. Por ejemplo, no existe una plataforma de hardware unificada que motive de forma flexible la investigación exploratoria en aplicaciones de holografía acústica. La mayoría de los dispositivos comerciales o de caseros carecen de la resolución o la potencia que necesitan las personas investigadoras, por lo que tienen que fabricar dispositivos más complejos y caros. Además, investigaciones anteriores se han centrado en la levitación y manipulación de pequeñas partículas y gotas; sin embargo, aún no se ha desarrollado un prototipo completo para la fabricación sin contacto; no existen artículos científicos que estudien el atrapamiento de objetos alargados tanto en posición como en orientación. Además, la microfluídica está limitada en cuanto a la manipulación tridimensional (3D), el tamaño de las gotas y la contaminación cruzada. Esta tesis ofrece una introducción exhaustiva a la optimización de los campos acústicos, repasando su importancia en aplicaciones de múltiples ámbitos de la investigación y la industria. Esta tesis también examina las limitaciones y deficiencias previamente expuestas y presentes en el actual diseño y aplicación de campos acústicos. Se proponen algoritmos novedosos para generar los campos deseados y mejorar significativamente su resolución y potencia mediante multiplexación espacial y temporal. Se presenta una plataforma de hardware abierta y asequible para facilitar la adaptación a los requisitos experimentales de los investigadores que exploran nuevas aplicaciones de los hologramas ultrasónicos. Se diseñan y evalúan trampas acústicas óptimas para manipular elementos alargados controlando su posición y orientación. Se demuestra la fabricación sin contacto utilizando trampas acústicas de piezas alargadas mediante fabricación aditiva basada en partículas levitadas, varillas y resina UV; también se ilustra la adición sobre otros objetos y la construcción dentro de contenedores. Por último, se propone un sistema, destinado a microfluídica 3D, basado en ultrasonidos focalizados a través de una malla hidrófoba. Es sistema es capaz de manejar un gran número de gotas (> 40µL), y capaz de fusionarlas/dividirlas o propulsarlas verticalmente, este sistema mejora significativamente los sistemas EWOD ya existentes generando una menor contaminación superficial. Esta tesis presenta estos logros y sus trabajos relacionados, modelos, metodologías, procedimientos y conclusiones. Espero que estos trabajos supongan un avance significativo en la investigación de los campos acústicos y puedan inspirar y facilitar futuras aplicaciones novedosas de los hologramas acústicos por parte de las personas investigadoras en diversos ámbitos del mundo académico y de la industria.