Miniaturisatie hervormt snel het veld van de biochemie, met opkomende technologieën zoals microfluïdica en 'lab-on-a-chip'-apparaten die de wereld stormenderhand veroveren. Chemische reacties die normaal in kolven en buizen werden uitgevoerd, kunnen nu worden uitgevoerd in kleine waterdruppeltjes die niet groter zijn dan een paar miljoenste van een liter. Bijzonder, in droplet-array sandwichtechnieken, zulke kleine druppeltjes zijn geordend op twee parallelle vlakke oppervlakken tegenover elkaar. Door het bovenste oppervlak dicht genoeg bij het onderste te brengen, elke bovenste druppel maakt contact met de tegenoverliggende onderste druppel, chemicaliën uitwisselen en deeltjes of zelfs cellen overbrengen. Op een vrij letterlijke manier, deze druppeltjes kunnen fungeren als kleine reactiekamers of celculturen, en ze kunnen ook de rol vervullen van hulpmiddelen voor het hanteren van vloeistoffen, zoals pipetten, maar op veel kleinere schaal.

Het probleem met droplet-array sandwiching is dat er geen individuele controle over druppels is; zodra het bovenoppervlak is neergelaten, elke druppel op het bodemoppervlak maakt noodzakelijkerwijs contact met een op het bovenoppervlak. Met andere woorden, deze technologie is beperkt tot batchbewerkingen, wat de veelzijdigheid beperkt en het duurder maakt. Zou er een eenvoudige manier kunnen zijn om te selecteren welke druppeltjes contact moeten maken als de oppervlakken dichter bij elkaar worden gebracht?

Met dank aan professor Satoshi Konishi en zijn collega's van de Ritsumeikan University, Japan, het antwoord is een volmondig ja. In een recente studie gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten , dit team van wetenschappers presenteerde een nieuwe techniek waarmee men individueel druppeltjes kan selecteren voor contact in droplet-array sandwiching. Het idee achter hun aanpak is vrij eenvoudig:als we de hoogte van individuele druppels op het bodemoppervlak zouden kunnen regelen om sommige hoger te laten staan ​​dan andere, we zouden beide oppervlakken zo dicht bij elkaar kunnen brengen dat alleen die druppeltjes contact maken met hun tegenhangers terwijl de rest wordt gespaard. Hoe dit eigenlijk is bereikt, echter, was wat lastiger.

De onderzoekers hadden eerder geprobeerd elektriciteit te gebruiken om de "bevochtigbaarheid" van het diëlektrische materiaal in het gebied onder elke druppel te regelen. Deze aanpak, bekend als "electrowetting-on-diëlektricum (EWOD), " laat men de balans van krachten die een waterdruppel bij elkaar houdt, enigszins veranderen wanneer deze op een oppervlak rust. Door een elektrische spanning onder de druppel aan te leggen, het is mogelijk om het iets uit te spreiden, het vergroten van het gebied en het verminderen van de hoogte. Echter, het team ontdekte dat dit proces niet gemakkelijk omkeerbaar was, omdat druppels niet spontaan hun oorspronkelijke hoogte zouden herstellen nadat de spanning was uitgeschakeld.

Om dit probleem aan te pakken, ze ontwikkelden een EWOD-elektrode met een hydrofiel-hydrofoob patroon. Als de elektrode is ingeschakeld, het eerder beschreven proces zorgt ervoor dat de druppel er bovenop zich uitspreidt en korter wordt. Omgekeerd, wanneer de elektrode is uitgeschakeld, het buitenste hydrofobe deel van de elektrode stoot de druppel af, terwijl het binnenste hydrofiele deel het aantrekt. Dit herstelt de oorspronkelijke vorm, en hoogte, van de druppel.

De onderzoekers demonstreerden hun methode door meerdere EWOD-elektroden op het bodemoppervlak van een druppelarray-sandwichplatform te leggen. Door simpelweg spanning toe te passen op geselecteerde elektroden, ze konden gemakkelijk kiezen welke paren druppeltjes in contact kwamen toen het bovenste platform werd neergelaten. In hun demonstratie ze brachten rode kleurstof over van de bovenste druppeltjes naar slechts enkele van de onderste druppeltjes. "Onze aanpak kan worden gebruikt om individuele contacten tussen druppeltjes elektrisch op te zetten, waardoor we moeiteloos de concentratie van chemicaliën in deze druppeltjes kunnen regelen of zelfs levende cellen van de ene naar de andere kunnen overbrengen, " legt prof. Konishi uit.

Deze studie maakt de weg vrij voor de potentieel vruchtbare combinatie van druppelverwerkingstechnieken en automatisering. "We stellen ons voor dat lab-on-chip-technologie met behulp van druppeltjes conventionele handmatige bewerkingen met hulpmiddelen zoals pipetten, waardoor de efficiëntie van drugsscreening wordt verbeterd. Beurtelings, dit zal het proces van medicijnontdekking versnellen, benadrukt prof. Konishi. Hij voegt eraan toe dat het kweken van cellen in hangende druppeltjes, die is gebruikt op het gebied van celbiologie, zal ook de celgebaseerde evaluatie van medicijnen en chemicaliën goedkoper en sneller maken, een waardevol hulpmiddel voor biochemie en celbiologie.

Laten we hopen dat de vruchten van deze technologie om de hoek vallen.