Om du någonsin har skakat en salladsdressningsflaska blandad med olja och vinäger, du har tillfälligt skapat en emulsion. Dock, att staten är tillfällig, och de två komponenterna separeras snart. Men, tänk om du skulle kunna skapa en stabil emulsion där alla små droppar håller en enhetlig storlek under lång tid? UCLA bioingenjörer och matematiker har gjort just det, uppfinna de första "pansrade" emulsionerna någonsin.

Rustningen kommer i form av små mjuka U-formade koppar, ungefär en halv millimeter lång. Med ett hydrofobt (vattenavvisande) yttre och hydrofilt (vattenattraktivt) interiör, varje U-formad partikel fångar upp en vätskedroppe som resulterar i en emulsion som förblir intakt efter blandning. Tekniken öppnar nya vägar för läkemedels- och kemisk produktion, biologisk forskning och diagnostik.

En studie som beskriver forskningen publicerades nyligen i Vetenskapliga framsteg .

"De är som små provrör, men tusentals gånger mindre än de som för närvarande används i laboratorier, "sa studieledaren Dino Di Carlo, en bioingenjörsprofessor vid UCLA Samueli School of Engineering och UCLA:s Armond och Elena Hairapetian professor i teknik och medicin.

"Till skillnad från traditionella provrör, dessa fylls automatiskt för att rymma en volym vätska som är ungefär lika stor som en enda cell. Och eftersom de är enhetliga i storlek, de är idealiska för att utföra repeterbara kemiska reaktioner. Detta är ett grundläggande krav inom biologisk forskning och hälsodiagnostik. "

I samarbete med Andrea Bertozzi, en framstående professor i matematik vid UCLA och Betsy Wood Knapp -professorn för innovation och kreativitet, laget skapade först matematiska modeller som beskriver hur geometrin och ytegenskaperna för varje kopp interagerar med vätskor för att hålla enhetliga volymer. De U-formade muggarna tillverkas med en ny mikroskala 3D-utskriftsmetod som tidigare utvecklats av Di Carlos forskargrupp.

"Detta är en av de mest intressanta tillämpningarna av minimala ytor inom geometri som jag har sett på länge, "sa Bertozzi, vars team använde en numerisk metod som först tillämpades för att simulera 3D-volymplattor för att studera de optimala volymkonfigurationerna för partiklarna.

Partiklarna tillåter kemiska reaktioner att inträffa på många enskilda celler samtidigt. Celler kan hållas vid liv inne i emulsionen och identifieras för en önskad egenskap, såsom en hög produktion av enzymer eller antikroppar, eller resistens mot ett läkemedel. På grund av de små fångade vätskemängderna, produkterna av reaktioner från ett litet antal celler eller molekyler kan ackumuleras till höga nivåer inom timmar istället för dagar. Dessa funktioner kan vara viktiga för att påskynda upptäckten av nya läkemedel och påskynda hälsodiagnostik, såsom för bakterieinfektioner eller hjärt -kärlsjukdomar.

Förutom att ge emulsionen långsiktig stabilitet, de U-formade partiklarna skulle kunna introducera en rad andra fysikaliska och biokemiska egenskaper. Partiklarnas ytkemi kan modifieras för att fånga specifika målmarkörer för sjukdom. Dessutom, partiklarnas form ger en unik metod för att identifiera varje reaktion, liknande ett streckkodat nummer skrivet på sidan av ett provrör. Ytterligare en ny rapport från gruppen, som publicerades i Lab on a Chip , expanderar på antalet möjliga partikelformer.

"Vi tror att det här nya" lab-on-a-particle "-metoden visar lovande att hoppa över tidigare" lab-on-a-chip "-system genom att eliminera behovet av komplexa pump- och styrsystem, "Di Carlo sa." Att göra och använda de pansrade emulsionerna är båda ganska enkla med vanlig laboratorieutrustning som pipetter och centrifuger. Detta kan göra det möjligt för fler forskningslaboratorier runt om i världen att genomföra effektiv forskning utan betydande investeringar i utrustning. "