Finjuster enhedens ydeevne med sværme af svømmeceller

Forskere bruger akustiske mikrofluidiske enheder til at adskille og sortere komponenter i væsker, såsom røde og hvide blodlegemer, blodplader og tumorceller i blodet, for bedre at forstå sygdomme eller at udvikle nye behandlinger. Imidlertid, teknologier udviklet i forskningslaboratorier mangler ofte den konsistente ydeevne, der er nødvendig for brug i kliniske og industrielle omgivelser.

Et team af forskere ved Washington University i St. Louis vender standardpraksis med at bruge mikrofluidiske værktøjer til videnskabelig opdagelse på hovedet ved at bruge en levende organisme til realtidsmåling og overvågning af akustisk mikrofluidisk enheds ydeevne.

J. Mark Meacham, assisterende professor i maskinteknik og materialevidenskab ved McKelvey School of Engineering, brugte Chlamydomonas reinhardtii, en encellet grønalge, der svømmer med to flimmerhår, eller pisklignende strukturer, at teste effektiviteten af ​​bulk akustiske bølgeenheder, der er skabt i hans laboratorium. Disse enheder bruger piezoelektriske materialer til at omsætte et elektrisk signal til mekaniske vibrationer, som derefter genererer stående ultralydsbølger i en enheds væskefyldte kanal.

Meacham og Minji Kim, en ph.d.-studerende i sit laboratorium, design disse enheder til at fungere ved flere resonansfrekvenser for at generere stærke akustiske bølger med maksimal energioverførsel. Effektiv drift er kritisk, fordi ineffektive enheder genererer varme, der kan dræbe biologiske celler.

Det er det første rapporterede arbejde, der leverer denne funktionalitet i realtid og til en række forskellige enhedsgeometrier. Resultater af arbejdet offentliggøres i Lab on a Chip 9. februar, 2021, og er vist på bagsiden af ​​den trykte journal.

"Målet med dette arbejde er at bruge disse celler til at karakterisere det akustiske felt, at finde resonanser og vurdere feltstyrke, og til sidst for at kalibrere enhedens ydeevne ved hjælp af cellerne som vores måleværktøj, " sagde Meacham. "Vi ved, hvor meget strøm der er lagt ind. Cellerne giver os en måde at vurdere, hvor meget af den kraft der er nyttig."