Indsamling af små dråber til biomedicinsk analyse og videre

I et enkelt nys eller hoste, så mange som 40, 000 små dråber presses med magt fra mund og næse op i luften. Forskere fra City University of Hong Kong (CityU) har for nylig udviklet en metode til at indsamle mikrodråber som disse, som kan bidrage til anvendelser til at opdage sygdomsfremkaldende bakterier og forhindre spredning af sygdomme.

Studiet, med titlen "Retningsbestemt pumpning af vand- og oliemikrodråber på glat overflade, " ledet af Dr. Yao Xi, Adjunkt ved Institut for Biomedicinske Videnskaber ved CityU, blev for nylig offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ).

Flytning af olie og vandbaserede mikrodråber uden ydre kraft på en kontrolleret måde kan være meget nyttig i vandhøst og biomedicinsk analyse. Men det er ret svært med mikrodråber. "Dråber i mikrometerskala (en milliontedel af en meter) har meget andre egenskaber end større modstykker som f.eks. tårer. Deres lille størrelse og lette vægt betyder, at den normale tyngdekraft er ubetydelig til at flytte dem, " forklarer Dr. Yao.

Der havde været andre bestræbelser på at indsamle mikrodråber. Imidlertid, at gøre det på en kontrolleret måde, eller at flytte en enkelt dråbe i en bestemt retning, er fortsat en udfordring for videnskabsmænd.

En kraft, der gør det muligt for insekter at gå på vandoverfladen

Men holdets innovative strategi til at transportere mikrodråber var inspireret af fænomener, der udnytter kapillærvirkning observeret i naturen. Kapillærkraften er vigtig ved transport af vand og næringsstoffer i planter. Nogle vandgående insekter bruger også kapillærkraften til at bevæge sig fra toppen af ​​vandoverfladen og til kysten.

Kapillærvirkning er bevægelsen af ​​en væske i et smalt rør på grund af overfladespænding og klæbekræfterne mellem væskemolekylerne og røret. For eksempel, undersøgelse af et rør med vand med en lup afslører en menisk - en kurve i den øvre overflade af vandet tæt på overfladen af ​​røret på grund af kapillærkraften. Desuden, kapillærvirkningen kan virke på en menisk for at løfte væsken op i røret uden hjælp fra, og i opposition til, ydre kræfter såsom tyngdekraften.

Inde i laboratoriet, Dr. Yaos team gjorde brug af kapillærkraften til retningsbestemt transport af mikrodråber på en glat overflade. Infusion af et tyndt lag silikoneolie på en overflade præget med hydrogel-miniprikker dannede menisker omkring prikkerne. Når overfladen blev sprøjtet med aerosol mikrodråber, dråberne ville bevæge sig mod prikkerne på grund af kapillærkraften.

Gælder for forskellige væsker

Denne strategi har flere fordele. Dr. Yaos team fandt ud af, at det kan anvendes til alle væskedråber, herunder vand og olie, som ikke er blandbare med den infunderede olie. Styrken af ​​kapillærkraften bestemmes af meniskens længde. Så et effektivt afstandsområde for en mikrodråbe kan estimeres. Også, bevægelsen er kontinuerlig, og der er ingen risiko for mætning. Så længe dråberne er inden for det effektive afstandsområde, alle af dem vil blive indsamlet i overensstemmelse hermed.

Hvad mere er, denne strategi, i modsætning til tidligere forsøg, fungerer godt med kun en enkelt mikrodråbe, som hjælper med at identificere bevægelsens mekanisme.

De lave fremstillingsomkostninger, dets brede valg af fremstillingsmaterialer og kompatibilitet med væskedråber kunne bane vejen for praktiske anvendelser, inklusive tågeopsamling, vandopsamling, varmevekslere, mikrofluidik, og biomedicinsk analyse eller endda bakteriel drab.

Potentielle biomedicinske anvendelser

I deres undersøgelse, Dr. Yaos team brugte dråber indeholdende enten E. coli eller S. aureus bakterier til at demonstrere den potentielle anvendelse. De fandt ud af, at en gang samlet i hydrogelprikkerne, det var nemmere at opdage bakterierne i dråberne, som ikke let kunne opdages i sin ellers spredte form.

Dr. Yao siger, "Vi kunne anvende denne enkle, men robuste teknologi til at hjælpe med at identificere sygdomsfremkaldende bakterier i et lukket område. Eller, at gå endnu længere, tænk, hvis vi kunne dræbe disse bakterier ved at injicere biocider på den samlende hydrogel-prik på forhånd. Det vil være meget praktisk i et befolket område at forhindre spredning af smitsomme sygdomme."