Mechanische ingenieurs van Duke University hebben een kleine draaikolk gedemonstreerd die nanodeeltjes kan concentreren met alleen geluid. De innovatie zou eiwitten en andere biologische structuren uit bloed kunnen halen, urine- of speekselmonsters voor toekomstige diagnostische apparaten.

Vroege diagnose is de sleutel tot een succesvolle behandeling van vele ziekten, maar het herkennen van vroege indicatoren van een probleem is vaak een uitdaging. Om de eerste waarschuwingssignalen te herkennen, artsen moeten meestal schaarse eiwitten concentreren, antilichamen of andere biomarkers van kleine monsters van de lichaamsvloeistof van een patiënt om voldoende signaal te geven voor detectie.

Hoewel er tegenwoordig veel manieren zijn om dit te bereiken, de meeste zijn duur, tijdrovend of te omslachtig om mee naar het veld te gaan, en ze hebben misschien getrainde experts nodig. De ingenieurs van Duke zijn bezig om een ​​nieuw apparaat te ontwikkelen dat deze obstakels aanpakt.

In een nieuwe studie, onderzoekers koppelden een kleine akoestische transducer aan een glazen cilinder om een ​​draaikolk te produceren die deze ziektesignalerende nanodeeltjes in zijn vortex kan vangen. Het systeem is veelbelovend voor nieuwe diagnostische apparaten omdat het compact is, goedkoop, laag energetisch en verandert niets aan de eigenschappen van de gecorraleerde deeltjes.

De resultaten verschijnen online op 25 januari, 2017, in het journaal American Chemical Society Nano .

"Diagnose heeft invloed op ongeveer 70 procent van de beslissingen in de gezondheidszorg, " zei Tony Huang, hoogleraar werktuigbouwkunde en materiaalkunde aan Duke. "Als we de kwaliteit van diagnostiek kunnen verbeteren en tegelijkertijd de kosten kunnen verlagen, dan kunnen we het hele zorgsysteem enorm verbeteren."

De nieuwe technologie is gebaseerd op het berekenen en manipuleren van de effecten van de twee krachten die verband houden met geluidsgolven:akoestische straling en akoestische streaming. Als je ooit lucht over de bovenkant van een fles hebt geblazen om een ​​toon te creëren, dan ken je dat laatste. Akoestische streaming is hetzelfde fenomeen, maar dan omgekeerd, waar een trillend lichaam een ​​vloeistof laat stromen.

Akoestische straling is ook gemakkelijk te visualiseren - denk maar aan een tekenfilm waarin een gigantische luidspreker iemand van zijn voeten slaat. Hoewel dat scenario zich waarschijnlijk niet zal voordoen zonder iemand te doden, geluid is niets meer dan een lopende drukgolf, en het duwt op alles wat het tegenkomt. Apparaten hebben dit fenomeen eerder gebruikt om deeltjes te concentreren, maar het levert op zichzelf niet genoeg kracht als deeltjes eenmaal op nanoschaal vallen.

Op het nieuwe apparaat een kleine, 5-volt akoestische transducer creëert een staande geluidsgolf gericht op een lange, dunne glazen flacon. Omdat de flacon loodrecht op de geluidsgolf staat, en omdat het team van Huang de twee precies op elkaar heeft afgestemd, de trillingen in het glas creëren een staande vortex langs de as van de flacon. De whirlpool zuigt alle deeltjes aan die in de testvloeistof zijn gesuspendeerd, zoals die uit bloed- of urinemonsters worden gehaald, terwijl de akoestische straling ze daar houdt.

In de studie, fluorescerende markers helpen gesuspendeerde nanodeeltjes beter zichtbaar te maken. Maar in een echt diagnostisch apparaat, Huang zegt dat dat niet nodig zou zijn.

"Mijn doel is om een ​​klein diagnostisch apparaat te maken ter grootte van een mobiele telefoon dat autonoom biomarkers van monsters kan scheiden, " zei Huang. "Met deze vortextechnologie, de biomarkers zouden dan voldoende geconcentreerd kunnen zijn om te zien met een eenvoudige camera zoals die in de huidige mobiele telefoons wordt gevonden."

Huang is nu van plan om aan andere componenten van een dergelijk apparaat te werken, en om samen te werken met wetenschappers van Duke Health om de nieuwe vortextechnologie bij ziektediagnose te testen.