Ingenieurs van Duke University hebben een manier ontwikkeld om te manipuleren, druppeltjes biologische vloeistoffen splitsen en mengen door ze te laten surfen op akoestische golven in olie. De technologie zou de basis kunnen vormen van een kleinschalige, programmeerbaar, herschrijfbare biomedische chip die volledig herbruikbaar is voor uiteenlopende doeleinden, van diagnostiek ter plaatse tot laboratoriumonderzoek.

De studie verschijnt op 26 juli in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Geautomatiseerde vloeistofbehandeling heeft de ontwikkeling van veel wetenschappelijke gebieden gestimuleerd. Robotic pipetteersystemen hebben, bijvoorbeeld, een revolutie teweeggebracht in de voorbereiding van sequencing-bibliotheken, klinische diagnostiek en grootschalige screening van verbindingen. Hoewel alomtegenwoordig in het moderne biomedische onderzoek en de farmaceutische industrie, deze systemen zijn omvangrijk, duur en kunnen kleine hoeveelheden vloeistoffen niet goed verwerken.

Lab-on-a-chip-systemen hebben deze ruimte tot op zekere hoogte kunnen vullen, maar de meeste worden gehinderd door één groot nadeel:oppervlakteabsorptie. Omdat deze apparaten afhankelijk zijn van vaste oppervlakken, de monsters die worden vervoerd, laten onvermijdelijk sporen van zichzelf achter die tot verontreiniging kunnen leiden.

"Er zijn veel met eiwit beladen vloeistoffen en bepaalde reagentia die de neiging hebben vast te houden aan de chips die ermee omgaan, " zei Tony Jun Huang, de William Bevan hoogleraar werktuigbouwkunde en materiaalkunde aan Duke. "Dit geldt vooral voor biologische monsters zoals onverdund bloed, sputum en fecale monsters. Onze technologie is zeer geschikt voor het verwerken van deze moeilijke monsters."

Het nieuwe lab-on-a-chip-platform maakt gebruik van een dunne laag inerte, niet-mengbare olie om te voorkomen dat druppeltjes sporen van zichzelf achterlaten. Net onder de olie, een reeks piëzo-elektrische transducers trillen wanneer er elektriciteit doorheen wordt geleid. Net als het oppervlak van een subwoofer, deze trillingen veroorzaken geluidsgolven in de dunne laag olie erboven.

Door de geluidsgolven zorgvuldig te beheersen, de onderzoekers creëren verticale vortexen die kleine kuiltjes in de olie vormen aan weerszijden van de actieve transducer. Deze kuiltjes kunnen druppeltjes bevatten met een volume variërend van één nanoliter tot 100 microliter en deze langs het oppervlak van de olie laten gaan terwijl de geluidsgolven worden gemoduleerd en verschillende transducers worden geactiveerd.

De druppels surfen effectief op kleine geluidsgolven.

"Ons contactloze vloeistofbehandelingsmechanisme elimineert inherent kruisbesmetting geassocieerd met oppervlakteadsorptie en de noodzaak van oppervlaktemodificatie, Huang zei. "Het maakt herbruikbare paden mogelijk voor de druppeltjes om dynamisch te worden verwerkt op willekeurige routes zonder overspraak tussen elkaar, exponentieel toenemen van het toegestane aantal combinaties van reagensinvoer op hetzelfde apparaat."

Huang wil vervolgens deze proof-of-concept-demonstratie nemen en een volledig geautomatiseerd lab-on-a-chip-platform creëren dat complexe bewerkingen met tientallen druppels tegelijk aankan. Hij is van plan om samen te werken met collega's van Duke voor verschillende toepassingen in de biologie en geneeskunde.