Storlek spelar roll när det gäller att sortera biologiska material. Från att identifiera patogener till screening för läkemedelsbehandlingar, förmågan att snabbt identifiera och separera partiklar baserat på deras storlek är ett allt viktigare verktyg för att diagnostisera och behandla patienter, enligt Huanyu "Larry" Cheng, Dorothy Quiggle Karriärutvecklingsprofessor vid Penn State Department of Engineering Science and Mechanics. Cheng och hans internationella samarbetspartners vid Xiangtan University i Kina utvecklade en billig kostnad, effektivt sätt att tillverka en flexibel sorteringsanordning för användning i biomedicinska sensorer.

De publicerade sitt tillvägagångssätt denna vecka i ACS tillämpade material och gränssnitt , en tidskrift från American Chemical Society.

Traditionella mikrofluidiska enheter produceras med exakta mätningar för att sortera partiklar med specifik storlek, såsom att identifiera de patogener som ligger bakom en infektion i en patients blod. Enheterna är byggda i renrum med högspecialiserad utrustning för att uppnå nödvändig noggrannhet.

"Mikrofluidiska enheter är mycket viktiga, men vi måste göra ett bättre jobb med att tillverka dem, "Cheng sa. "Nuvarande metoder kan ta dagar, om inte veckor, och de är ofta dyra."

För att minska kostnaden och tiden för att producera enheterna, forskarna tog inspiration från vad de vill övervaka:bendy, elastisk, ibland skrynklig människokropp.

De använde en polymer som innehöll kol och kisel som heter PDMS, som blir stel när den behandlas med ultraviolett ljus. När polymerens övre yta var styv, de sträckte ut det, skapar små sprickor i det styva skiktet. Forskarna kapslade sedan in det med ett annat locklager av samma polymer.

Nästa, de upprepade processen men sträckte ut polymeren innan de behandlades med UV-ljus. När de släppte ut den sträckta polymeren med en styv yta, det skrynklade, med små rynkor i ansiktet.

När enheterna sträcks ut och släpps, sprickorna och rynkorna fungerar som ventiler, låter små partiklar flöda genom samtidigt som större föremål begränsas.

"Vi kan använda sprickorna eller rynkorna för att manipulera vätskeflödet, " sa Cheng. "Dessa mekaniska deformationer är inte nya, men de har inte undersökts för användning i mikrofluidiska enheter. Vi slutade med ett trevligt äktenskap mellan de två strukturerna, som kan tillverkas enkelt och till en låg kostnad."

Cheng fokuserar på att utveckla flexibla, töjbara sensorer som trådlöst kan övervaka en persons hälsa genom deras fysiska rörelser och kemiska signaler i deras svett, hud och mer. Målet, han sa, är att förbättra patientens komfort och livskvalitet samtidigt som man får så mycket information som möjligt för att underlätta diagnos och behandling.

"Vi vill utveckla en fristående, töjbart system som möjliggör långsiktighet, kontinuerlig användning av trådlösa avkänningsenheter för att förbättra både kapaciteten och komforten med hälsoövervakning för patienter, "Cheng sa." Möjligheten att tillverka en låg kostnad, storskaligt tillvägagångssätt för att möjliggöra ytterligare testning är en kritisk komponent i ett sådant system. "

Forskarna planerar att fortsätta samarbeta, Cheng sa, och kommer att utforska hur man producerar och använder mikrofluidanordningen ännu mer effektivt.