Maskiningenjörer vid Duke University har visat en liten bubbelpool som kan koncentrera nanopartiklar med bara ljud. Innovationen kan samla proteiner och andra biologiska strukturer från blod, urin- eller salivprov för framtida diagnostiska enheter.

Tidig diagnos är nyckeln till framgångsrik behandling av många sjukdomar, men att upptäcka tidiga indikatorer på ett problem är ofta utmanande. För att välja de första varningsskyltarna, läkare måste vanligtvis koncentrera knappa proteiner, antikroppar eller andra biomarkörer från små prover av en patients kroppsvätska för att ge tillräckligt med signal för detektion.

Även om det finns många sätt att uppnå detta idag, de flesta är dyra, tidskrävande eller för besvärlig att ta till fältet, och de kan kräva utbildade experter. Duke -ingenjörer flyttar för att utveckla en ny enhet som hanterar dessa hinder.

I en ny studie, forskare kopplade en liten akustisk givare till en glascylinder för att producera en virvel som kan fånga dessa sjukdomssignaliserande nanopartiklar i sin virvel. Systemet visar tidigt löfte för nya diagnostiska enheter eftersom det är kompakt, billig, låg energi och ändrar inte egenskaperna hos de korrelerade partiklarna.

Resultaten visas online den 25 januari, 2017, i tidningen American Chemical Society Nano .

"Diagnosen påverkar cirka 70 procent av vårdbesluten, "sa Tony Huang, professor i maskinteknik och materialvetenskap vid Duke. "Om vi ​​kan förbättra kvaliteten på diagnostiken samtidigt som vi sänker kostnaderna, då kan vi enormt förbättra hela sjukvården. "

Den nya tekniken bygger på att beräkna och manipulera effekterna av de två krafter som hör samman med ljudvågor - akustisk strålning och akustisk strömning. Om du någonsin har blåst luft över toppen av en flaska för att skapa en ton, då är du bekant med det senare. Akustisk streaming är samma fenomen men i omvänd riktning, där en vibrerande kropp får en vätska att flöda.

Akustisk strålning är också lätt att visualisera - tänk bara på någon tecknad film där en gigantisk högtalare slår någon ur fötterna. Även om det scenario är osannolikt att inträffa utan att döda någon, ljudet är inget annat än en tryckande tryckvåg, och det driver på vad det än stöter på. Enheter har använt detta fenomen för att koncentrera partiklar tidigare, men det ger inte tillräckligt med kraft på egen hand när partiklar faller till nanoskala.

I den nya enheten, en liten, 5-volts akustisk givare skapar en stående ljudvåg riktad mot en lång, tunn glasflaska. Eftersom flaskan är vinkelrät mot ljudvågen, och eftersom Huangs team exakt har ställt in de två på varandra, vibrationerna i glaset skapar en stående virvel längs flaskans axel. Virvlaren suger in alla partiklar som är suspenderade i testvätskan - t.ex. de som extraheras från blod- eller urinprov - medan den akustiska strålningen håller dem där.

I studien, fluorescerande markörer hjälper till att göra suspenderade nanopartiklar mer synliga. Men i en faktisk diagnostisk enhet, Huang säger att det inte skulle vara nödvändigt.

"Mitt mål är att skapa en liten diagnostisk enhet som är ungefär lika stor som en mobiltelefon som autonomt kan skilja biomarkörer från prover, "sa Huang." Med denna virvelteknik, biomarkörerna kunde sedan vara tillräckligt koncentrerade för att se med en enkel kamera som de som finns i dagens mobiltelefoner. "

Huang planerar nu att arbeta med andra komponenter i en sådan enhet, och att samarbeta med forskare vid Duke Health för att testa den nya virveltekniken vid diagnos av sjukdomar.