Afsløring af polymere væskeadfærd i mikroskopisk skala

Et vigtigt koncept i fremtidens sundhedspleje er udviklingen af ​​enheder kaldet "lab on a chip". Disse "chips, "ikke relateret til de elektroniske, der findes i computere, er små enheder, hvor biologiske væsker - f.eks. blod eller urin - injiceres for at fylde specielt designet mikroskopiske kanaler. Disse kanaler ville indeholde biosensorer, der f.eks. Kunne detektere specifikke markører for sygdomme i væsken og give en hurtig diagnose. Et stort udvalg af analyser kunne udføres på en enhed på et par kvadratcentimeter. Imidlertid, et problem, der opstår, er størrelsen af ​​den væskeprøve, der injiceres inde i chippen, med små mængder ned til en milliarddel af en liter. På grund af mangel på tilgængelige teknologier, forskere forstår endnu ikke helt, hvordan væsker - især komplekse af biologisk oprindelse - opfører sig på så små skalaer.

Prof. Amy Shen og hendes teammedlemmer fra Micro/Bio/Nanofluidics Unit på OIST har fokuseret deres indsats på at bruge mikrofluidik som et værktøj til at afsløre de love og principper, der styrer adfærden af ​​komplekse væsker i mikroskopisk skala. Så i en anden fase, de gør brug af disse opdagelser til at levere direkte applikationer inden for sundhedspleje og bioteknologi. Deres seneste fund kan findes i Journal of Rheology fra American Institute of Physics.

Karakteriserer adfærd af polymeropløsninger i mikroskopisk skala

Polymerer er store molekyler bygget af mange gentagne lignende enheder. De er allestedsnærværende i hverdagen, udgør de fleste af de syntetiske materialer, vi bruger, fra stoffer til gummi og polystyren. Flydende polymeropløsninger findes i mange kommercielle varer fra husholdningsrensemidler til maling. Men det er i mikroskopisk skala, at polymerløsninger drastisk kan forbedre diagnostiske værktøjer.

"Når du tilføjer en polymer til en suspension af partikler i vand, du udløser et nyt fænomen i den mikrofluidiske kanal, " Dr. Del Giudice forklarede. "Disse polymerer begynder at fungere som fjedre til at sparke partikler eller celler i suspensionen, skubbe dem mod midten af ​​kanalen og fremme deres tilpasning. "At være i stand til at arrangere partikler eller celler inden for en mikroskopisk kanal repræsenterer en enorm forbedring for brugen af ​​biosensorer til sundhedsdiagnose. Polymerløsninger kan endda adskille og sortere efter størrelse forskellige komponenter i en kompleks biologisk væske - for eksempel blod, sammensat af celler og aggregater i mange størrelser - inden for en enkelt mikrofluidisk chip.

Men dette fænomen er stærkt afhængigt af selve polymerens natur. Det tager tid for polymeren i en fortyndet opløsning at vende tilbage til sin oprindelige form, efter at den er deformeret af strømmen. Denne forsinkelse, kaldte afslapningstiden, er en kritisk parameter at måle for at beskrive polymeradfærd. I dag, nuværende teknikker til måling af afslapningstider er begrænset af følsomheden af ​​de tilgængelige kommercielle instrumenter, som kun er i stand til at måle relativt lange afslapningstider som f.eks. koncentrerede polymeropløsninger i store mængder.

I deres arbejde, Dr. Francesco Del Giudice og Dr. Simon Haward designede mikrofluidiske enheder til at observere polymerdeformation og afslapning i mikrometer-brede kanaler. Disse platforme gør det muligt for forskere at strække eller skære polymerer efter behag ved hjælp af lave mængder og lave koncentrationer og til at registrere reaktionerne på disse kræfter. På denne måde, de kan karakterisere fortyndede polymere væsker med selv meget korte afslapningstider, og dermed have en meget bedre idé om deres adfærd i mikroskopisk skala.

Ved at bruge disse nye mikrofluidiske værktøjer ville forskerne kunne generere et katalog over forskellige polymere væsker, hvis afslapningstider er kendt. Med en sådan database til deres rådighed, forskere kunne derefter vælge en polymer, der er passende til justering og/eller adskillelse af molekyler i den biologiske væske, de vil studere inde i deres chip. "Denne måde, forståelse af polymerløsninger giver dig mulighed for at oprette en platform med høj kapacitet på en chip, der består af flere forskellige moduler, hver udfører forskellige analyser "tilføjede Dr. Del Giudice.