Miniatyrisering omformar snabbt biokemiområdet, med framväxande teknologier som mikrofluidik och "lab-on-a-chip"-enheter tar världen med storm. Kemiska reaktioner som normalt utfördes i flaskor och rör kan nu utföras inom små vattendroppar som inte är större än några miljondelar av en liter. Särskilt, i droplet-array sandwiching-tekniker, sådana små droppar är ordnade utlagda på två parallella plana ytor mitt emot varandra. Genom att föra den övre ytan tillräckligt nära den nedre, varje övre droppe kommer i kontakt med den motsatta nedre droppen, utbyta kemikalier och överföra partiklar eller till och med celler. På ett ganska bokstavligt sätt, dessa droppar kan fungera som små reaktionskammare eller cellkulturer, och de kan också fylla rollen som vätskehanteringsverktyg som pipetter men i mycket mindre skala.

Problemet med droplet-array sandwiching är att det inte finns någon individuell kontroll av droppar; när den övre ytan är sänkt, varje droppe på bottenytan kommer med nödvändighet i kontakt med en på den övre ytan. Med andra ord, denna teknik är begränsad till batchoperationer, vilket begränsar dess mångsidighet och gör den dyrare. Kan det finnas ett enkelt sätt att välja vilka droppar som ska få kontakt när ytorna förs närmare varandra?

Tack vare professor Satoshi Konishi och hans kollegor vid Ritsumeikan University, Japan, svaret är ett rungande ja. I en nyligen publicerad studie publicerad i Vetenskapliga rapporter , detta team av forskare presenterade en ny teknik som gör att man individuellt kan välja droppar för kontakt i droplet-array sandwiching. Tanken bakom deras tillvägagångssätt är ganska okomplicerad:om vi kunde kontrollera höjden av enskilda droppar på bottenytan för att få vissa att stå längre än andra, vi skulle kunna föra båda ytorna nära varandra så att bara de dropparna kommer i kontakt med sina motsvarigheter samtidigt som vi skonar resten. Hur detta faktiskt uppnåddes, dock, var lite knepigare.

Forskarna hade tidigare försökt använda elektricitet för att kontrollera "vätbarheten" hos det dielektriska materialet i området under varje droppe. Detta tillvägagångssätt, känd som "electrowetting-on-dielectric (EWOD), " låter en något ändra kraftbalansen som håller ihop en vattendroppe när den vilar på en yta. Genom att applicera en elektrisk spänning under droppen, det går att få det att spridas lite, öka dess yta och minska dess höjd. Dock, teamet fann att denna process inte var lätt att vända, eftersom droppar inte spontant återställer sin ursprungliga höjd när spänningen stängts av.

För att ta itu med detta problem, de utvecklade en EWOD-elektrod med ett hydrofilt-hydrofobt mönster. När elektroden slås på, den tidigare beskrivna processen gör att droppen ovanpå den breder ut sig och blir kortare. Omvänt, när elektroden är avstängd, den yttre hydrofoba delen av elektroden stöter bort droppen medan den inre hydrofila delen attraherar den. Detta återställer den ursprungliga formen, och höjd, av droppen.

Forskarna visade upp sin metod genom att lägga ut flera EWOD-elektroder på bottenytan av en drop-array sandwich-plattform. Genom att helt enkelt lägga spänning på valda elektroder, de kunde enkelt välja vilka par av droppar som kom i kontakt när den övre plattformen sänktes. I sin demonstration, de överförde rött färgämne från de översta dropparna till endast några av de nedre dropparna. "Vårt tillvägagångssätt kan användas för att elektriskt sätta upp individuella kontakter mellan droppar, så att vi enkelt kan kontrollera koncentrationen av kemikalier i dessa droppar eller till och med överföra levande celler från en till en annan, " förklarar Prof. Konishi.

Denna studie banar väg för den potentiellt fruktbara kombinationen av dropphanteringstekniker och automatisering. "Vi föreställer oss att lab-on-chip-teknik som använder droppar kommer att ersätta konventionella manuella operationer med verktyg som pipetter, därigenom förbättra effektiviteten av läkemedelsscreening. I tur och ordning, detta kommer att påskynda processen för upptäckt av läkemedel, " framhåller Prof. Konishi. Han tillägger att odling av celler i hängande droppar, som har använts inom cellbiologi, kommer också att göra cellbaserad utvärdering av läkemedel och kemikalier billigare och snabbare, representerar ett värdefullt verktyg för biokemi och cellbiologi.

Låt oss hoppas att frukterna av denna teknik "släpper" precis runt hörnet.