Vroeger deden wetenschappers experimenten door biologische en chemische middelen in reageerbuizen te roeren.

Vandaag de dag, ze automatiseren onderzoek door gebruik te maken van microfluïdische chips ter grootte van postzegels. In deze kleine apparaten, miljoenen microscopisch kleine deeltjes worden gevangen in waterdruppels, elke druppel diende als de "reageerbuis" voor een enkel experiment. De chip trechters deze vele druppels, een per keer, door een klein kanaal waar een laser elke passerende druppel tast om elke seconde duizenden experimentele resultaten vast te leggen.

Deze chips worden onder meer gebruikt voor het testen van nieuwe antibiotica, het screenen van medicijnverbindingen, sequentiëring van het DNA en RNA van afzonderlijke cellen, en anderszins het tempo van wetenschappelijke ontdekkingen te versnellen.

Het probleem, echter, is dat druppeltjes die naar het smalle uiteinde van de trechter rennen, verstopt kunnen raken en botsen, uit elkaar gaan op een manier die experimenten kan verpesten, net als het verbrijzelen van reageerbuizen in de oude dagen. "Het is een verkeersprobleem, zoals meerdere rijstroken auto's die door een tolpoort proberen te wurmen, " zei Sindy Tang, een universitair hoofddocent werktuigbouwkunde aan de Stanford School of Engineering.

Maar haar laboratorium liet onlangs zien hoe het mogelijk was om microfluïdische experimenten veel efficiënter te maken door in de buurt van de basis van de trechter kleine "verkeerscirkels" te plaatsen die ervoor zorgen dat druppeltjes op een ordelijke manier op een rij komen, zodat ze door het systeem kunnen zoomen met veel minder botsingen .

In een paper gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences dat detailleert de bevinding, zij en haar team, onder leiding van voormalig Stanford Engineering afgestudeerde student Alison Bick, merkte op dat druppelbreuken duizend keer minder vaak voorkwamen in het verkeerscirkelsysteem in vergelijking met de congestiegevoelige microfluïdische chips van vandaag. De onderzoekers ontdekten dat de locatie van de rotondes de cruciale variabele was. Verkeerskringen die te ver van de trechteruitgang verwijderd zijn, hebben geen effect op het uiteenvallen. Verkeerskringen die te dicht bij de afrit liggen, zorgen uiteindelijk voor meer "ongevallen, " botsingen en scheidingen.

"Er is een goede plek in de plaatsing van de obstakels die de vermindering van uiteenvallen en botsingen in de druppelstroom minimaliseert, Tang zei. Het gebruik van goed gelegen rotondes zou een 300% hogere experimentele efficiëntie kunnen opleveren.

De technologie zou kunnen leiden tot een snellere manier om geneesmiddelen te screenen, evenals tal van andere voordelen. Bijvoorbeeld, het kan nuttig zijn bij 3D-printen omdat sommige 3D-printers op een vergelijkbare manier werken:ze dwingen druppels plastic of een ander materiaal op emulsiebasis met hoge snelheid door een fijn mondstuk om structuren beetje bij beetje te bouwen, en laag voor laag. In deze toepassing, een systeem om de frequentie van botsingen te verminderen, zou ervoor kunnen zorgen dat druppels van uniforme grootte uit het mondstuk komen om de structuur correct te vormen.

"Deze ontdekking heeft toepassingen die verder gaan dan onderzoek naar andere systemen met interacties tussen vele lichamen van vergelijkbare grootte, van aggregaties van biologische cellen tot massa's mensen, ' zei Tang.