Forskare använder akustiska mikrofluidiska enheter för att separera och sortera komponenter i vätskor, som röda och vita blodkroppar, blodplättar och tumörceller i blodet, för att bättre förstå sjukdomar eller att utveckla nya behandlingar. Dock, teknologier som utvecklats i forskningslaboratorier saknar ofta den konsekventa prestanda som behövs för användning i kliniska och industriella miljöer.

Ett team av forskare vid Washington University i St. Louis vänder standardpraxisen att använda mikrofluidiska verktyg för vetenskaplig upptäckt genom att använda en levande organism för realtidsmätning och övervakning av akustiska mikrofluidiska enheters prestanda.

J. Mark Meacham, biträdande professor i maskinteknik och materialvetenskap vid McKelvey School of Engineering, använd Chlamydomonas reinhardtii, en encellig grönalg som simmar med två flimmerhår, eller piskliknande strukturer, för att testa effektiviteten hos bulkanordningar för akustiska vågor som skapats i hans labb. Dessa enheter använder piezoelektriska material för att översätta en elektrisk signal till mekaniska vibrationer, som sedan genererar stående ultraljudsvågor i en anordnings vätskefyllda kanal.

Meacham och Minji Kim, en doktorand i sitt labb, designa dessa enheter för att fungera vid flera resonansfrekvenser för att generera starka akustiska vågor med maximal energiöverföring. Effektiv drift är avgörande eftersom ineffektiva enheter genererar värme som kan döda biologiska celler.

Det är det första rapporterade arbetet som tillhandahåller denna funktionalitet i realtid och för en mängd olika enhetsgeometrier. Resultatet av arbetet publiceras i Lab on a Chip 9 februari, 2021, och finns på baksidan av den tryckta dagboken.

"Målet med detta arbete är att använda dessa celler för att karakterisera det akustiska fältet, att hitta resonanser och att bedöma fältstyrka, och så småningom för att kalibrera enhetens prestanda med hjälp av cellerna som vårt mätverktyg, " Sa Meacham. "Vi vet hur mycket kraft som läggs in. Cellerna ger oss ett sätt att utvärdera hur mycket av den kraften som är användbar."