Bij tal van ziekten zoals malaria of kanker, zieke en gezonde bloed- en lichaamscellen verschillen in hardheid. Nutsvoorzieningen, ze kunnen gemakkelijk van elkaar worden gescheiden door een nieuw fysiek effect. In het proces, stromen door microkanalen zorgen ervoor dat de cellen zich scheiden in stromen van hardere en zachtere cellen. Dat is nu ontdekt door een internationaal onderzoeksteam onder leiding van Bayreuth-natuurkundige prof. dr. Walter Zimmermann. In het journaal Fysieke beoordelingsbrieven , de wetenschappers presenteren hun fundamentele bevindingen en demonstreren hun potentieel voor medische toepassingen.

Microkanalen hebben kleine diameters van slechts 10 tot 500 micrometer. Wanneer bloedcellen, lichaamscellen of zachte capsules in de stroom van een waterige vloeistof worden door dergelijke buizen met rechte wanden geleid, ze worden door de stroming in een roterende beweging gebracht. Op deze manier bewegen ze naar het midden van de buis als naar een denkbeeldige aantrekkingslijn ("attractor"). Deze lijn wordt dan het pad waarlangs alle deeltjes reizen - ongeacht hun hardheid of grootte. Onderzoeksgroepen van de universiteiten van Bayreuth en Grenoble vonden de verklaring voor dit fenomeen enkele jaren geleden:Doorslaggevend hierbij is dat zachte deeltjes van vorm veranderen onder invloed van de druk- en stromingsomstandigheden in de buis. "We waren daarom benieuwd hoe zachte deeltjes zich gedragen als ze migreren in de stromen die ontstaan ​​in microkanalen met golvende wanden. Deze buizen hebben een symmetrische vorm, omdat ze een rechte lengteas hebben, maar hun diameter wordt afwisselend kleiner en groter. Nooit eerder was onderzocht hoe de migratiebewegingen van deeltjes onder deze omstandigheden veranderen, ", meldt Zimmermann.

Een nieuw project van de twee onderzoeksgroepen in Bayreuth en Grenoble en het Jülich Research Center heeft nu enkele verrassende resultaten opgeleverd:in de buizen met gegolfde wanden, niet alleen is er een aantrekkingskracht in het midden van de buis, maar er ontstaan ​​ook nog twee andere aantrekkingskrachten. Deze lopen parallel aan de muren, tussen het midden van de buis en de twee muren, en zijn ook golfvormig. Zachtere capsules bewegen naar het midden van de buis in de stroom, en vervolgen hun weg langs deze lengteas. Hardere capsules, anderzijds, worden omgeleid naar de golvende aantrekkingslijnen.

"Op basis van deze fundamentele fysieke ontdekking, we wilden weten of er toepassingen voor medicijnen konden worden afgeleid, en het gedrag van hardere en zachtere rode bloedcellen hebben onderzocht, " zegt Winfried Schmidt M.Sc., promovendus in de eliteopleiding Biological Physics in Bayreuth. Er zijn tal van ziekten, zoals malaria, kanker of diabetes mellitus, waardoor de hardheid van rode bloedcellen verandert. Afhankelijk van de ziekte, zieke bloedcellen zijn harder of zachter dan gezonde bloedcellen. Het bleek dat in al deze gevallen zieke en gezonde cellen kunnen worden gescheiden met dezelfde eenvoudige procedure:ze reizen in het microkanaal naar verschillende aantrekkingslijnen en kunnen afzonderlijk worden verzameld aan het uiteinde van de buis. Op deze manier, het zal waarschijnlijk mogelijk zijn om conclusies te trekken over de ernst van een ziekte, samen met andere kenmerken.

Andere mogelijke toepassingen vloeien voort uit het feit dat niet alleen harder en zachter, maar ook grotere en kleinere zachte deeltjes kunnen op deze manier worden gescheiden:kleinere deeltjes verplaatsen zich langs de lengteas, terwijl grotere deeltjes de golven volgen, buitenste aantrekkende lijnen.

De nu gepubliceerde bevindingen zijn een voorbeeld van hoeveel fundamenteel natuurkundig onderzoek wordt aangedreven door moderne computers en mainframes. "We hebben onze resultaten bereikt door theoretische overwegingen en berekeningen, evenals door computersimulaties. Fysieke beoordelingsbrieven , een van 's werelds toonaangevende natuurkundetijdschriften, vond ons onderzoek zo overtuigend dat het zelfs zonder experimentele tests voor publicatie werd geaccepteerd, " zegt eerste auteur Matthias Laumann M.Sc., doctoraat student aan de Universiteit van Bayreuth. "We zouden heel blij zijn als onze publicatie experimenten zou stimuleren waarin andere onderzoeksgroepen nog meer opwindende potentiële toepassingen ontdekten, zowel op het gebied van geneeskunde als daarbuiten, ", voegt Zimmermann eraan toe.