Forskare brukade utföra experiment genom att röra biologiska och kemiska medel i provrör.

Nu för tiden, de automatiserar forskning genom att använda mikrofluidiska marker i storleken på frimärken. I dessa små enheter, miljontals mikroskopiska partiklar fångas upp i vattendroppar, varje droppe fungerar som "provrör" för ett enda experiment. Chippet trattar dessa många droppar, en i taget, genom en liten kanal där en laser sonderar varje passande droppe för att registrera tusentals experimentella resultat varje sekund.

Dessa marker används för att testa nya antibiotika, screening av läkemedelsföreningar, sekvensering av DNA och RNA för enstaka celler, och annars påskynda takten för vetenskaplig upptäckt.

Problemet, dock, är att droppar som springer mot trattens smala ände kan bli överbelastade och kollidera, bryta upp på ett sätt som kan skada experiment, precis som att krossa provrör förr i tiden. "Det är ett trafikproblem, som flera banor med bilar som försöker klämma igenom en vägtullbås, sa Sindy Tang, docent i maskinteknik vid Stanford School of Engineering.

Men hennes labb visade nyligen hur det var möjligt att göra mikrofluidiska experiment mycket mer effektiva genom att placera i närheten av tratten små "trafikcirklar" som får droppar att ställas upp på ett ordnat sätt så att de kan zooma igenom systemet med mycket färre kollisioner .

I ett papper publicerat i Förfaranden från National Academy of Sciences som beskriver fyndet, hon och hennes team, ledd av den tidigare Stanford Engineering -doktoranden Alison Bick, noterade att droppavbrott inträffade tusen gånger mindre ofta i trafikcirkelsystemet jämfört med dagens trängselbenägna mikrofluidiska chips. Forskarna fann att placeringen av trafikcirklarna var den avgörande variabeln. Trafikcirklar som är för långt bort från trattutgången påverkar inte uppbrottet. Trafikcirklar som ligger för nära avfarten orsakar fler "olyckor, "kollisioner och uppbrott.

"Det finns en söt plats i placeringen av hindren som minimerar minskningen av uppbrott och kollisioner i droppflödet, "Sade Tang. Att använda rätt placerade trafikcirklar kan ge en ökning av experimentell effektivitet med 300%.

Tekniken kan leda till ett snabbare sätt att screena läkemedelsföreningar, liksom många andra fördelar. Till exempel, det kan vara användbart vid 3D-utskrift eftersom vissa 3D-skrivare fungerar på liknande sätt:De tvingar plastdroppar eller annat emulsionsbaserat material genom ett fint munstycke med hög hastighet för att bygga strukturer bit för bit, och lager för lager. I denna ansökan, ett system för att minska kollisionsfrekvensen skulle kunna säkerställa att droppar med likformig storlek lämnar munstycket för att bilda strukturen korrekt.

"Denna upptäckt har applikationer som sträcker sig bortom forskning till andra system som involverar interaktioner mellan många kroppar av liknande storlek, från aggregationer av biologiska celler till massor av människor, "Sa Tang.