Ingenjörer vid Duke University har utvecklat ett sätt att manipulera, dela och blanda droppar biologiska vätskor genom att låta dem surfa på akustiska vågor i olja. Tekniken kan ligga till grund för en småskalig, programmerbar, omskrivbart biomedicinskt chip som är helt återanvändbart för olika ändamål från diagnostik på plats till laboratoriebaserad forskning.
Studien visas den 26 juli i tidningen Naturkommunikation .
Automatiserad vätskehantering har drivit utvecklingen av många vetenskapliga områden. Robotpipetteringssystem har, till exempel, revolutionerade beredningen av sekvenseringsbibliotek, klinisk diagnostik och storskalig screening av substanser. Även om den är allestädes närvarande i den moderna biomedicinska forsknings- och läkemedelsindustrin, dessa system är skrymmande, dyrt och hanterar inte små mängder vätskor bra.
Lab-on-a-chip-system har till viss del kunnat fylla detta utrymme, men de flesta hindras av en stor nackdel - ytabsorption. Eftersom dessa enheter är beroende av fasta ytor, proverna som transporteras oundvikligen lämnar spår av sig själva som kan leda till kontaminering.
"Det finns mycket proteinhaltiga vätskor och vissa reagenser som tenderar att hålla sig till chipsen som hanterar dem, "sa Tony Jun Huang, William Bevan professor i maskinteknik och materialvetenskap vid Duke. "Detta gäller särskilt biologiska prover som outspätt blod, sputum och fekala prover. Vår teknik är väl lämpad för att bearbeta dessa svåra prover. "
Den nya lab-on-a-chip-plattformen använder ett tunt lager av inert, oblandbar olja för att hindra droppar från att lämna spår efter sig. Strax under oljan, en serie piezoelektriska givare vibrerar när elektricitet passerar genom dem. Precis som ytan på en subwoofer, dessa vibrationer skapar ljudvågor i det tunna lagret av olja ovanför dem.
Genom att noggrant kontrollera ljudvågorna, forskarna skapar vertikala virvlar som bildar små gropar i oljan till vardera sidan av den aktiva givaren. Dessa gropar kan hålla droppar med volymer från en nanoliter till 100 mikroliter och passera dem längs oljans yta när ljudvågorna moduleras och olika givare aktiveras.
Dropparna surfar effektivt på små ljudvågor.
"Vår kontaktlösa vätskehanteringsmekanism eliminerar i sig själv korskontaminering i samband med ytadsorption och behovet av ytmodifiering, "Sa Huang." Det möjliggör återanvändbara vägar för dropparna att bearbetas dynamiskt på godtyckliga vägar utan tvärsamtal mellan varandra, exponentiellt öka det tillåtna antalet kombinationer av reagensingångar på samma enhet. "
Huang vill därefter ta denna proof-of-concept-demonstration och skapa en helautomatisk lab-on-a-chip-plattform som kan hantera komplexa operationer med dussintals droppar samtidigt. Han planerar att samarbeta med kamrater på Duke för olika tillämpningar inom biologi och medicin.
