Gli ingegneri della Duke University hanno sviluppato un modo per manipolare, dividere e mescolare goccioline di fluidi biologici facendole navigare su onde acustiche nell'olio. La tecnologia potrebbe costituire la base di un progetto su piccola scala, programmabile, chip biomedico riscrivibile completamente riutilizzabile per scopi disparati, dalla diagnostica in loco alla ricerca di laboratorio.

Lo studio appare il 26 luglio sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

La gestione automatizzata dei fluidi ha guidato lo sviluppo di molti campi scientifici. I sistemi di pipettaggio robotico hanno, Per esempio, ha rivoluzionato la preparazione delle librerie di sequenziamento, diagnostica clinica e screening dei composti su larga scala. Sebbene onnipresente nella moderna ricerca biomedica e nelle industrie farmaceutiche, questi sistemi sono ingombranti, costosi e non gestiscono bene piccoli volumi di liquidi.

I sistemi Lab-on-a-chip sono stati in grado di riempire questo spazio in una certa misura, ma la maggior parte è ostacolata da un grave inconveniente:l'assorbimento superficiale. Poiché questi dispositivi si basano su superfici solide, i campioni trasportati lasciano inevitabilmente tracce di se stessi che possono portare a contaminazioni.

"Ci sono molti fluidi carichi di proteine ​​e alcuni reagenti che tendono ad attaccarsi ai chip che li gestiscono, " ha detto Tony Jun Huang, il professore William Bevan di ingegneria meccanica e scienza dei materiali alla Duke. "Questo è particolarmente vero per i campioni biologici come il sangue non diluito, espettorato e campioni di feci. La nostra tecnologia è adatta per elaborare questi campioni difficili".

La nuova piattaforma lab-on-a-chip utilizza un sottile strato di inerte, olio immiscibile per impedire alle goccioline di lasciare traccia di se stesse. Appena sotto l'olio, una serie di trasduttori piezoelettrici vibra quando l'elettricità passa attraverso di essi. Proprio come la superficie di un subwoofer, queste vibrazioni creano onde sonore nel sottile strato di olio sopra di loro.

Controllando attentamente le onde sonore, i ricercatori creano vortici verticali che formano piccole fossette nell'olio su entrambi i lati del trasduttore attivo. Queste fossette possono contenere goccioline con volumi che vanno da un nanolitro a 100 microlitri e farle passare lungo la superficie dell'olio mentre le onde sonore vengono modulate e vengono attivati ​​diversi trasduttori.

Le goccioline stanno effettivamente navigando su minuscole onde sonore.

"Il nostro meccanismo di gestione dei liquidi senza contatto elimina intrinsecamente la contaminazione incrociata associata all'assorbimento superficiale e alla necessità di modifica della superficie, " Ha detto Huang. "Consente di elaborare dinamicamente percorsi riutilizzabili per le goccioline su percorsi arbitrari senza diafonia tra loro, aumentando esponenzialmente il numero consentito di combinazioni di input di reagenti sullo stesso dispositivo."

Huang ora vuole prendere questa dimostrazione di prova del concetto e creare una piattaforma lab-on-a-chip completamente automatizzata in grado di gestire operazioni complesse con dozzine di gocce contemporaneamente. Ha in programma di collaborare con i colleghi della Duke per varie applicazioni in biologia e medicina.