For at få partikler til at flyde mere effektivt, lægge en hindring i vejen

Forskere plejede at udføre eksperimenter ved at omrøre biologiske og kemiske midler i reagensglas.

I dag, de automatiserer forskning ved at bruge mikrofluidiske chips på størrelse med frimærker. I disse små enheder, millioner af mikroskopiske partikler fanges i vanddråber, hver dråbe tjener som "reagensglas" for et enkelt eksperiment. Chippen tragter disse mange dråber, en ad gangen, gennem en lille kanal, hvor en laser sonderer hver passerende dråbe for at registrere tusindvis af eksperimentelle resultater hvert sekund.

Disse chips bruges til sådanne ting som at teste nye antibiotika, screening af lægemiddelforbindelser, sekventering af DNA og RNA fra enkeltceller, og ellers fremskynde tempoet i den videnskabelige opdagelse.

Problemet, imidlertid, er, at dråber, der løber mod den smalle ende af tragten, kan blive overfyldte og støde sammen, bryde op på en måde, der kan ødelægge eksperimenter, ligesom at knuse reagensglas i gamle dage. "Det er et trafikproblem, som flere kørebaner med biler, der forsøger at presse sig gennem en betalingsautomat, " sagde Sindy Tang, en lektor i maskinteknik ved Stanford School of Engineering.

Men hendes laboratorium viste for nylig, hvordan det var muligt at gøre mikrofluidiske eksperimenter langt mere effektive ved at placere små "trafikcirkler" tæt på bunden af ​​tragten, der får dråber til at stille sig op på en ordnet måde, så de kan zoome gennem systemet med langt færre kollisioner .

I et blad udgivet i Proceedings of the National Academy of Sciences der beskriver fundet, hun og hendes team, ledet af den tidligere Stanford Engineering-studerende Alison Bick, bemærkede, at dråbebrud forekom tusind gange sjældnere i rundkørslens system sammenlignet med nutidens mikrofluidiske chips, der er udsat for overbelastning. Forskerne fandt, at placeringen af ​​færdselscirklerne var den afgørende variabel. Trafikcirkler, der er for langt væk fra tragtudgangen, har ingen effekt på bruddet. Trafikcirkler, der er for tæt på afkørslen, ender med at forårsage flere "ulykker, "kollisioner og sammenbrud.

"Der er et sødt punkt i placeringen af ​​forhindringerne, der minimerer reduktionen af ​​brud og kollisioner i dråbestrømmen, " sagde Tang. Brug af korrekt placerede trafikcirkler kunne give en 300% stigning i eksperimentel effektivitet.

Teknologien kan føre til en hurtigere måde at screene lægemiddelforbindelser på, samt adskillige andre fordele. For eksempel, det kunne være nyttigt i 3D-udskrivning, fordi nogle 3D-printere fungerer på samme måde:De tvinger dråber af plastik eller et andet emulsionsbaseret materiale gennem en fin dyse ved høj hastighed for at bygge strukturer lidt efter lidt, og lag for lag. I denne ansøgning, et system til at reducere hyppigheden af ​​kollisioner kunne sikre, at dråber af ensartet størrelse kommer ud af dysen for at danne strukturen korrekt.

"Denne opdagelse har applikationer, der strækker sig ud over forskning til andre systemer, der involverer interaktioner mellem mange kroppe af samme størrelse, fra samlinger af biologiske celler til skarer af mennesker, " sagde Tang.