Bærbar diagnostik designet til at blive rystet, ikke omrørt

Mens medicinske forskere og ingeniører forsøger at krympe diagnostik, så den passer i en persons lomme, et spørgsmål er, hvordan man nemt kan flytte og blande små prøver af væske.

University of Washington forskere har bygget og patenteret en overflade, der når det rystes, bevæger sig ned ad visse veje for at udføre medicinske eller miljømæssige tests.

"Dette giver os mulighed for at flytte dråber så langt, som vi vil, og i enhver form for layout, som vi ønsker, "sagde Karl Böhringer, en UW professor i elektroteknik og bioingeniør. Lavprissystemet, offentliggjort i et nyligt nummer af tidsskriftet Avancerede materialer , ville kræve meget lidt energi og undgår mulig kontaminering ved at fortynde eller elektrificere prøverne for at flytte dem.

Den simple teknologi er en tekstureret overflade, der har tendens til at skubbe dråber langs en given vej. Det er inspireret af lotuseffekten – et fænomen, hvor et lotusblads næsten fraktale tekstur får det til at se ud til at afvise vanddråber.

"Lotusbladet har en meget ru overflade, hvor hver stor bump har en mindre bump på sig, " sagde Böhringer. "Vi kan ikke gøre vores overflade nøjagtig den samme som et lotusblad, men det, vi gjorde, var at udtrække essensen af, hvorfor det virker."

UW-teamet brugte nanoteknologiske fremstillingsteknikker til at bygge en overflade med små stolper med varierende højde og afstand. Når en dråbe sidder på denne overflade, den får så lidt kontakt med overfladen, at den er næsten perfekt rund. Det betyder, at selv en lille jiggle kan flytte den.

Forskere brugte en højttaler eller maskine til at vibrere platformen med 50 til 80 gange i sekundet. Den asymmetriske overflade flytter individuelle dråber langs forudbestemte veje for at blande, ændre eller måle deres indhold. Ændring af vibrationsfrekvensen kan ændre et falds hastighed, eller kan målrette en dråbe af en bestemt størrelse eller vægt.

"Alt du behøver er en vibration, og det er meget nemt at lave disse overflader. Du kan lave det af et stykke plastik, "Böhringer sagde." Jeg kunne forestille mig dette som en enhed, der koster mindre end en dollar - måske meget mindre end det - og bruges til spyt- eller blod- eller vandprøver. "

Ved testning, forskellige versioner af UW-systemet kunne flytte dråberne op ad bakke, ned ad bakke, i cirkler, omvendt, eller sæt to dråber sammen og flyt derefter den kombinerede prøve.

Systemtypen er kendt som et "lab in a drop":alle ingredienserne er inde i dråben, og overfladespænding fungerer som beholderen til at holde alt sammen.

En elev prøvede at bruge en smartphones højttaler til at vibrere platformen, men indtil videre leverer en telefon ikke nok energi til at flytte dråberne. For bedre at imødekomme lavenergi-lydbølger, gruppen vil bruge UW's elektronstrålelitografimaskine til at bygge en overflade med stolper op til 100 gange mindre.

"Der er gode beviser, fra hvad vi har gjort indtil videre, at hvis vi gør alting mindre, så skal vi bruge mindre energi for at opnå den samme effekt, " sagde Böhringer. "Vi forestiller os en enhed, som du tilslutter din telefon, den drives af telefonens batteri, en app genererer den rigtige type lydvibrationer, og du kører dit eksperiment."