Vid många sjukdomar som malaria eller cancer, sjuka och friska blod- och kroppsceller skiljer sig åt i hårdhetsgrad. Nu, de kan lätt separeras från varandra genom en ny fysisk effekt. I processen, flöde genom mikrokanaler säkerställer att cellerna separeras i strömmar av hårdare och mjukare celler. Detta har nu upptäckts av en internationell forskargrupp ledd av Bayreuth-fysikern Prof. Dr. Walter Zimmermann. I journalen Fysiska granskningsbrev , forskarna presenterar sina grundläggande resultat och visar sin potential för medicinska tillämpningar.

Mikrokanaler har små diametrar på mellan bara 10 och 500 mikrometer. När blodkroppar, kroppsceller eller mjuka kapslar i flödet av en vattenhaltig vätska leds genom sådana rör med raka väggar, de sätts i roterande rörelse av flödet. På så sätt rör de sig mot mitten av röret som mot en tänkt attraktionslinje ("attraktion"). Denna linje blir sedan den väg längs vilken alla partiklar färdas – oavsett deras hårdhet eller storlek. Forskargrupper vid universiteten i Bayreuth och Grenoble hittade förklaringen till detta fenomen för flera år sedan:Den avgörande faktorn här är att mjuka partiklar ändrar form under påverkan av tryck- och flödesförhållandena inuti röret. "Vi var därför nyfikna på att se hur mjuka partiklar beter sig när de vandrar i flödena som uppstår i mikrokanaler med böljande väggar. Dessa rör har symmetrisk form, eftersom de har en rak längsgående axel, men deras diameter blir omväxlande mindre och större. Det hade aldrig tidigare undersökts hur partiklars migrationsrörelser förändras under dessa förhållanden, " rapporterar Zimmermann.

Ett nytt projekt av de två forskargrupperna i Bayreuth och Grenoble och Jülich Research Center har nu lett till några överraskande resultat:I rören med korrugerade väggar, inte bara finns det en attraktionslinje i mitten av röret, men två andra attraktionslinjer bildas också. Dessa löper parallellt med väggarna, mellan mitten av röret och de två väggarna, och är också vågformade. Mjukare kapslar rör sig mot mitten av röret i flödet, och fortsätt på sin väg längs denna längdaxel. Hårdare kapslar, å andra sidan, avleds mot de vågiga attraktionslinjerna.

"På grundval av denna grundläggande fysiska upptäckt, vi ville ta reda på om ansökningar om medicin kunde härledas, och har undersökt beteendet hos hårdare och mjukare röda blodkroppar, säger Winfried Schmidt M.Sc., doktorand på elitutbildningen Biologisk fysik i Bayreuth. Det finns många sjukdomar, som malaria, cancer eller diabetes mellitus, vilket gör att de röda blodkropparnas hårdhet förändras. Beroende på sjukdomen, sjuka blodkroppar är antingen hårdare eller mjukare än friska blodkroppar. Det visade sig att i alla dessa fall kan sjuka och friska celler separeras med samma enkla procedur:De färdas i mikrokanalen till olika attraktionslinjer och kan samlas upp separat i änden av röret. På det här sättet, det kommer förmodligen att vara möjligt att dra slutsatser om svårighetsgraden av en sjukdom tillsammans med andra egenskaper.

Ytterligare potentiella tillämpningar uppstår från det faktum att inte bara hårdare och mjukare, men även större och mindre mjuka partiklar kan separeras på detta sätt:Mindre partiklar färdas längs den längsgående axeln, medan större partiklar följer vågorna, yttre lockande linjer.

De rön som nu publicerats är ett exempel på hur mycket grundforskning inom fysik som drivs av moderna datorer och stordatorer. "Vi har uppnått våra resultat genom teoretiska överväganden och beräkningar samt genom datorsimuleringar. Fysiska granskningsbrev , en av världens ledande fysiktidskrifter, fann vår studie så övertygande att den accepterades för publicering även utan experimentell testning, säger första författaren Matthias Laumann M.Sc., Ph.D. student vid University of Bayreuth. "Vi skulle bli glada om vår publikation stimulerade experiment där andra forskargrupper upptäckt ytterligare spännande potentiella tillämpningar, både inom medicin och bortom, ", tillägger Zimmermann.