För nästan ett halvt sekel sedan, forskare märkte att små partiklar som strömmar genom ett långt rör kan stanna vid en specifik position längs ett rörs tvärsnitt. Detta är känt som tröghetsfokusering. Senare, tillsammans med utvecklingen av mikrofluidteknologi under de senaste decennierna, tröghetsfokusering, en typ av passiv mikrofluidisk manipulationsteknik, har framstått som en av de mest kraftfulla och exakta cellmanipulationsteknikerna, med enorm kommersiell potential inom bioteknik- och läkemedelsindustrin.

Biträdande professor Dr. Ye Ais forskargrupp från Singapore University of Technology and Design (SUTD) utvecklade nyligen en tröghetscell i kreditkortsstorlek som fokuserar och sorterar mikrofluidisk enhet med en kanal som mäter 125 μm bred (ungefär hälften av en enda fingernagels tjocklek). ger möjlighet till isolering av sällsynta celler från komplexa kliniska prover.

För närvarande, cancer är en av de främsta orsakerna till mänsklig död. En av de största svårigheterna för att uppnå ett radikalt botemedel mot cancer är elakartade metastaser, vilket direkt orsakar överväldigande hinder i terapeutisk hantering och tidig diagnos. Förmågan att isolera sällsynta cirkulerande tumörceller (CTC), fröna för cancermetastaser, möjliggör ett mycket mindre invasivt tillvägagångssätt för cancerdiagnos och prognos. Ny mikrofluidteknik för hög genomströmning, cellsortering med hög precision av komplexa biologiska prover är önskvärda för att ta itu med utmaningen i isolering av sällsynta celler.

I denna forskning, Dr Ais team presenterade en ny tröghetsfokuserings- och sorteringsanordning med en serie vågiga omvända kanalstrukturer bestående av halvcirkulära sektioner som genererar ett periodiskt omvänt hydrodynamiskt flöde vinkelrätt mot huvudflödesriktningen. Balansen mellan två typer av hydrodynamiska krafter resulterade i en storleksberoende lateral partikelrörelse över kanalen, vilket slutligen uppnådde storleksbaserad separation av målceller från icke-målceller. Huvudutredaren, SUTD:s Dr Ai sa, "Jämfört med aktiva metoder, den passiva tröghetsfokuseringen med användning av hydrodynamiska krafter uppvisar fördelarna med en förenklad uppställning, hög genomströmning och låg energiförbrukning. Dessutom, den linjära uppsättningen av dessa upprepade vågiga kanalenheter underlättar också enkel horisontell (2-D) och vertikal (3-D) parallellisering av flera kanaler, som ger stor potential för högkapacitetscellsortering i praktiska biomedicinska tillämpningar." Teamet har tillämpat den utvecklade sorteringsteknologin för högkapacitetsisolering av cancerceller från helblodsprover.