En enkel innovation lika stor som ett sandkorn gör att vi nu kan analysera celler och små partiklar som om de fanns inuti människokroppen.

Den nya mikroenheten för vätskeanalys kommer att möjliggöra mer skräddarsydda experiment inom läkemedelsutveckling och sjukdomsforskning via nya "organ-on-chip"-system.

Det kan också förändra vattenföroreningstestning och medicinsk diagnos i naturkatastrofzoner, där det kostar lågt, enkel användning och portabilitet gör det till ett praktiskt verktyg nästan alla kan använda.

Hur det fungerar

Mikrofluidiska eller "lab-on-a-chip"-enheter används vanligtvis för att analysera blod- och andra vätskeprover, som pumpas genom smala kanaler i ett genomskinligt chip i storleken av ett frimärke.

Det här nya chippet tar den tekniken ett steg längre genom att lägga till en tredimensionell hålighet längs kanalen – tänk på en smal tunnel som plötsligt mynnar in i ett kupolvalv – vilket skapar en minivirvel där partiklar snurrar runt, gör dem lättare att observera.

För att göra denna hålighet, forskare infogade en flytande metalldroppe på kiselformen när de gjorde chipet.

Den flytande metallens höga ytspänning gör att den behåller sin form under gjutningsprocessen.

Slutligen avlägsnas den flytande metallen, lämnar bara kanalen och en sfärisk hålighet redo att användas som en minicentrifug, förklarade RMIT ingenjör och studie medledare Dr Khashayar Khoshmanesh.

"När vätskeprovet kommer in i den sfäriska håligheten, den snurrar inne i håligheten, " han sa.

"Denna spinning skapar en naturlig virvel, som precis som en centrifugmaskin i ett analyslabb, snurrar cellerna eller andra biologiska prover, så att de kan studeras utan att de behöver fångas eller märkas."

Enheten kräver bara små prover, så lite som 1 ml vatten eller blod, och kan användas för att studera små bakterieceller som bara mäter 1 mikron, ända upp till mänskliga celler så stora som 15 mikron.

En plattform för att studera hjärt-kärlsjukdomar

Studiemedledare och RMIT-biolog, Dr Sara Baratchi, sade att enhetens mjuka sfäriska håligheter kan användas för att efterlikna 3D mänskliga organ och observera hur celler beter sig i olika flödesförhållanden eller läkemedelsinteraktioner.

"Förmågan att skräddarsy storleken på kaviteten gör det också möjligt att simulera olika flödessituationer - på så sätt kan vi efterlikna blodkropparnas svar under störda flödessituationer, till exempel vid förgreningspunkter och krökningar av krans- och halsartärer, som är mer benägna att minska, " Hon sa.

Denna förmåga kommer att vara av intresse för Australiens blomstrande biomedicinska industri, med medicinsk utrustning som bland våra 10 främsta exporter 2018 och värd 3,2 miljarder dollar.

Baratchi sa att upptäckten endast möjliggjordes genom samarbete, med teknologer från School of Engineering och mekano-biologer på School of Health and Biomedical Sciences som går samman i RMITs forskningsgrupp Mechanobiology and Microfluidics.

"Biologer som jag har kämpat för att studera effekten av flödesassocierade krafter på cirkulationsblodceller. Nu gör denna miniatyriserade enhet som utvecklats med våra ingenjörskollegor exakt det, sa Baratchi.

"Det är en genialisk lösning som verkligen lyfter fram värdet av tvärvetenskaplig forskning."

Men några av de mest spännande applikationerna kan också finnas utanför labbet.

Ett billigt och portabelt vattentest som alla kan använda

En annan lovande tillämpning är för att identifiera parasiter och andra infektioner i vattendrag, särskilt i utvecklingsländer.

"Detektering av vattenföroreningar kan vara en svår uppgift eftersom du inte alltid vet exakt vad du letar efter, " sa Khoshmanesh.

"Men med den här enheten kommer föroreningarna att fångas upp och kretsa runt av virveln utan någon speciell provberedning, sparar tid och pengar."

Oavsett om det används för att analysera vatten- eller blodprover, enhetens låga kostnad och portabilitet gör den attraktiv för en mängd olika applikationer.

Samma forskargrupp utvecklade nyligen en tryckpump, gjord av latexballonger, för att använda enheten.

Till skillnad från konventionella pumpar, som kan vara lika stor som en skokartong och kosta tusentals dollar, deras är låg kostnad och bärbar.

"Enkelhet är en mycket viktig parameter för våra konstruktioner eftersom det ofta leder till lägre kostnader och stor användbarhet utanför labbet, " sa Khoshmanesh.

"Vår nya mikrofluidiska enhet, i kombination med vår pump och en smartphone som kan ta bilder i hög hastighet, gör en låg kostnad, självförsörjande och helt portabel diagnostikenhet för vårdställen."

Studien, ledarförfattare av RMIT Engineering PhD student, Ngan Nguyen, publiceras nu i toppskiktet Avancerade funktionella material tidning.