Lydbølgesurfende dråber efterlader ingen spor

Ingeniører ved Duke University har udviklet en måde at manipulere, opdele og blande dråber af biologiske væsker ved at få dem til at surfe på akustiske bølger i olie. Teknologien kunne danne grundlag for en lille skala, programmerbar, omskrivbar biomedicinsk chip, der er fuldstændig genanvendelig til forskellige formål fra diagnostik på stedet til laboratoriebaseret forskning.

Undersøgelsen vises den 26. juli i journalen Naturkommunikation .

Automatiseret væskehåndtering har drevet udviklingen på mange videnskabelige områder. Robotiske pipetteringssystemer har, for eksempel, revolutionerede udarbejdelsen af ​​sekventeringsbiblioteker, klinisk diagnostik og storskala sammensat screening. Selvom det er allestedsnærværende i moderne biomedicinsk forskning og farmaceutisk industri, disse systemer er omfangsrige, dyrt og håndterer ikke små mængder væsker godt.

Lab-on-a-chip-systemer har i nogen grad været i stand til at fylde dette rum, men de fleste hindres af en stor ulempe - overfladeabsorbering. Fordi disse enheder er afhængige af faste overflader, prøverne, der transporteres, efterlader uundgåeligt spor af sig selv, der kan føre til kontaminering.

"Der er en masse proteinfyldte væsker og visse reagenser, der har tendens til at klæbe til de chips, der håndterer dem, "sagde Tony Jun Huang, William Bevan professor i maskinteknik og materialevidenskab ved Duke. "Dette gælder især biologiske prøver som ufortyndet blod, sputum og fækale prøver. Vores teknologi er velegnet til behandling af disse vanskelige prøver. "

Den nye lab-on-a-chip-platform bruger et tyndt lag inert, ikke -blandbar olie for at forhindre dråber i at efterlade sig spor af sig selv. Lige under olien, en række piezoelektriske transducere vibrerer, når elektricitet ledes gennem dem. Ligesom overfladen på en subwoofer, disse vibrationer skaber lydbølger i det tynde lag olie over dem.

Ved omhyggeligt at kontrollere lydbølgerne, forskerne skaber lodrette hvirvler, der danner små fordybninger i olien til hver side af den aktive transducer. Disse fordybninger kan indeholde dråber med volumener fra en nanoliter til 100 mikroliter og føre dem langs overfladen af ​​olien, når lydbølgerne moduleres og forskellige transducere aktiveres.

Dråberne surfer effektivt på bittesmå lydbølger.

"Vores kontaktløse væskehåndteringsmekanisme eliminerer iboende krydskontaminering forbundet med overfladeadsorption og behovet for overflademodifikation, "Sagde Huang." Det gør det muligt at genbruge stier til dråberne dynamisk at blive behandlet på vilkårlige ruter uden krydssnak mellem hinanden, eksponentielt at øge det tilladte antal kombinationer af reagensindgange på den samme enhed. "

Huang ønsker derefter at tage denne proof-of-concept-demonstration og oprette en fuldautomatisk lab-on-a-chip-platform, der kan håndtere komplekse operationer med snesevis af dråber samtidigt. Han planlægger at samarbejde med jævnaldrende hos Duke om forskellige anvendelser inden for biologi og medicin.