Lydbølger skaber boblebade for at afrunde små tegn på sygdom (Opdatering)

Mekaniske ingeniører ved Duke University har demonstreret et lille boblebad, der kan koncentrere nanopartikler med kun lyd. Innovationen kunne samle proteiner og andre biologiske strukturer fra blod, urin- eller spytprøver til fremtidige diagnostiske apparater.

Tidlig diagnose er nøglen til succesfuld behandling af mange sygdomme, men at opdage tidlige indikatorer for et problem er ofte udfordrende. For at udvælge de første advarselstegn, læger skal normalt koncentrere knappe proteiner, antistoffer eller andre biomarkører fra små prøver af en patients kropsvæske til at give tilstrækkeligt signal til påvisning.

Selvom der er mange måder at opnå dette på i dag, de fleste er dyre, tidskrævende eller for besværligt at tage på banen, og de kan kræve uddannede eksperter. Duke-ingeniører flytter for at udvikle en ny enhed, der løser disse forhindringer.

I en ny undersøgelse, forskere parrede en lille akustisk transducer til en glascylinder for at producere et boblebad, der kan fange disse sygdomssignalerende nanopartikler i sin hvirvel. Systemet viser tidligt lovende for nye diagnostiske enheder, fordi det er kompakt, billig, lavenergi og ændrer ikke egenskaberne af de korralerede partikler.

Resultaterne vises online den 25. januar, 2017, i journalen American Chemical Society Nano .

"Diagnose påvirker omkring 70 procent af sundhedsvæsenets beslutninger, " sagde Tony Huang, professor i maskinteknik og materialevidenskab ved Duke. "Hvis vi kan forbedre kvaliteten af ​​diagnostik og samtidig reducere omkostningerne, så kan vi forbedre hele sundhedsvæsenet gevaldigt«.

Den nye teknologi er afhængig af at beregne og manipulere virkningerne af de to kræfter, der er forbundet med lydbølger - akustisk stråling og akustisk streaming. Hvis du nogensinde har blæst luft hen over toppen af ​​en flaske for at skabe en tone, så er du bekendt med sidstnævnte. Akustisk streaming er det samme fænomen, men omvendt, hvor et vibrerende legeme får en væske til at strømme.

Akustisk stråling er også let at visualisere – tænk bare på enhver tegneserie, hvor en kæmpe højttaler slår nogen op af fødderne. Selvom det er usandsynligt, at det scenarie vil ske uden at dræbe nogen, lyd er intet andet end en vandrende trykbølge, og den presser på, hvad den end møder. Enheder har brugt dette fænomen til at koncentrere partikler før, men det giver ikke nok kraft alene, når først partikler falder til nanoskalaen.

I den nye enhed, en lille, 5-volts akustisk transducer skaber en stående lydbølge rettet mod en lang, tyndt hætteglas. Fordi hætteglasset er vinkelret på lydbølgen, og fordi Huangs team præcist har indstillet de to til hinanden, vibrationerne i glasset skaber en stående hvirvel langs hætteglassens akse. Whirlpoolen suger partikler ind, der er suspenderet i testvæsken - såsom dem, der er ekstraheret fra blod- eller urinprøver - mens den akustiske stråling holder dem der.

I undersøgelsen, fluorescerende markører hjælper med at gøre suspenderede nanopartikler mere synlige. Men i en egentlig diagnostisk enhed, Huang siger, at det ikke ville være nødvendigt.

"Mit mål er at skabe en lille diagnostisk enhed på størrelse med en mobiltelefon, der selvstændigt kan adskille biomarkører fra prøver, " sagde Huang. "Med denne vortex-teknologi, biomarkørerne kunne så være koncentreret nok til at se med et simpelt kamera som dem, der findes i nutidens mobiltelefoner."

Huang planlægger nu at arbejde på andre komponenter af sådan en enhed, og at samarbejde med forskere hos Duke Health for at teste den nye vortex-teknologi i sygdomsdiagnostik.