Gli scienziati erano soliti eseguire esperimenti mescolando agenti biologici e chimici nelle provette.

Oggi, automatizzano la ricerca utilizzando chip microfluidici delle dimensioni di un francobollo. In questi piccoli dispositivi, milioni di particelle microscopiche vengono catturate in goccioline d'acqua, ogni gocciolina funge da "provetta" per un singolo esperimento. Il chip incanala queste molte goccioline, uno alla volta, attraverso un minuscolo canale in cui un laser sonda ogni goccia che passa per registrare migliaia di risultati sperimentali ogni secondo.

Questi chip sono usati per cose come testare nuovi antibiotici, screening di composti farmaceutici, sequenziamento del DNA e dell'RNA di singole cellule, e altrimenti accelerando il ritmo della scoperta scientifica.

Il problema, però, è che le goccioline che corrono verso l'estremità stretta dell'imbuto possono congestionarsi e scontrarsi, rompendo in un modo che può rovinare gli esperimenti, proprio come frantumare le provette ai vecchi tempi. "È un problema di traffico, come diverse corsie di auto che cercano di infilarsi in un casello, " ha detto Sindy Tang, professore associato di ingegneria meccanica presso la Stanford School of Engineering.

Ma il suo laboratorio ha recentemente mostrato come è stato possibile rendere gli esperimenti microfluidici molto più efficienti mettendo vicino alla base dell'imbuto minuscoli "cerchi di traffico" che fanno sì che le goccioline si allineino in modo ordinato in modo che possano zoomare attraverso il sistema con molte meno collisioni .

In un articolo pubblicato su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze che dettaglia il ritrovamento, lei e la sua squadra, guidato dall'ex studentessa universitaria di Stanford Engineering Alison Bick, ha notato che le rotture delle goccioline si sono verificate mille volte meno frequentemente nel sistema delle rotatorie rispetto ai chip microfluidici di oggi soggetti a congestione. I ricercatori hanno scoperto che la posizione delle rotatorie era la variabile cruciale. Le rotatorie che sono troppo lontane dall'uscita dell'imbuto non esercitano alcun effetto sulla rottura. Le rotatorie troppo vicine all'uscita finiscono per causare più "incidenti, "Collisioni e rotture.

"C'è un punto debole nel posizionamento degli ostacoli che riduce al minimo la riduzione delle rotture e delle collisioni nel flusso delle gocce, " Tang ha detto. L'utilizzo di rotatorie opportunamente posizionate potrebbe produrre un aumento del 300% dell'efficienza sperimentale.

La tecnologia potrebbe portare a un modo più rapido per lo screening dei composti farmaceutici, oltre a numerosi altri vantaggi. Ad esempio, potrebbe essere utile nella stampa 3D perché alcune stampanti 3D funzionano in modo simile:forzano gocce di plastica o altro materiale a base di emulsione attraverso un ugello sottile ad alta velocità per costruire strutture poco a poco, e strato per strato. In questa applicazione, un sistema per ridurre la frequenza degli urti potrebbe garantire che gocce di dimensione uniforme escano dall'ugello per formare correttamente la struttura.

"Questa scoperta ha applicazioni che vanno oltre la ricerca ad altri sistemi che coinvolgono interazioni tra molti corpi di dimensioni simili, da aggregazioni di cellule biologiche a folle di persone, " disse Tang.