(PhysOrg.com) -- I ricercatori stanno sviluppando nuove tecnologie che combinano un laser e campi elettrici per manipolare fluidi e minuscole particelle come batteri, virus e DNA per una gamma di potenziali applicazioni, dalla produzione di farmaci alla sicurezza alimentare.

Le tecnologie potrebbero portare sensori innovativi e dispositivi analitici per applicazioni "lab-on-a-chip", o strumenti in miniatura che eseguono misurazioni che normalmente richiedono grandi apparecchiature di laboratorio, disse Steven T. Wereley, un professore di ingegneria meccanica alla Purdue University.

Il metodo, chiamata "manipolazione optoelettrica ibrida in microfluidica, " è un potenziale nuovo strumento per applicazioni che includono la diagnostica medica, testare cibo e acqua, scientifica sulla scena del crimine, e produzione farmaceutica.

"Questa è una tecnologia all'avanguardia che si è sviluppata nell'ultimo decennio dalla ricerca in una manciata di università, " disse Alloke Kumar, un Wigner Fellow e membro dello staff dell'Oak Ridge National Laboratory.

È l'autore principale di un articolo sulla tecnologia presente sulla copertina del numero del 7 luglio di Laboratorio su un chip rivista, pubblicato dalla Royal Society of Chemistry. L'articolo è stato anche contrassegnato dalla pubblicazione come "Articolo HOT" ed è stato reso gratuito l'accesso.

L'articolo è scritto da Wereley; Kumar; Stuart J. Williams, un assistente professore di ingegneria meccanica presso l'Università di Louisville; Han Sheng Chuang, un assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica presso la National Cheng Kung University; e Nicolas G. Green, un ricercatore presso l'Università di Southampton.

"Un aspetto molto importante è che abbiamo raggiunto un'integrazione di tecnologie che consente la manipolazione su uno spettro di scala di lunghezza molto ampio, " ha detto Kumar. "Questo ci consente di manipolare non solo oggetti di grandi dimensioni come le goccioline, ma anche minuscole molecole di DNA all'interno delle goccioline utilizzando una tecnica combinata. Ciò può migliorare notevolmente l'efficienza dei sensori lab-on-a-chip".

Kumar, Williams e Chuang sono ex studenti di dottorato in Purdue che hanno lavorato con Wereley. Gran parte della ricerca si è svolta presso il Birck Nanotechnology Center al Purdue's Discovery Park.

Le tecnologie sono pronte per alcune applicazioni, compresi diagnostica medica e campioni ambientali, ha detto Williams.

"Ci sono due spinte principali nelle applicazioni, " ha detto. "Il primo è micro e nanoproduzione e il secondo è sensori lab-on-a-chip. Quest'ultimo ha dimostrato applicazioni biologicamente rilevanti negli ultimi due anni, e la sua espansione in questo campo è immediata e continua".

La tecnologia funziona utilizzando prima un laser rosso per posizionare una goccia su una piattaforma appositamente fabbricata a Purdue. Prossimo, un laser infrarosso altamente focalizzato viene utilizzato per riscaldare le goccioline, e poi i campi elettrici fanno circolare il liquido riscaldato in un "vortice microfluidico". Questo vortice viene utilizzato per isolare specifici tipi di particelle nel liquido circolante, come una microcentrifuga. Le concentrazioni di particelle replicano le dimensioni, posizione e forma del pattern laser a infrarossi.

"Funziona molto velocemente, " Wereley ha detto. "Ci vuole meno di un secondo perché le particelle rispondano e vengano estratte dalla soluzione".

I sistemi che utilizzano l'approccio optoelettrico ibrido possono essere progettati per rilevare con precisione, manipolare e schermare alcuni tipi di batteri, compresi particolari ceppi che rendono i metalli pesanti meno tossici.

"Stiamo girando per applicazioni biologiche, come la bonifica delle acque sotterranee, " Wereley ha detto. "Anche all'interno dello stesso ceppo di batteri alcuni sono bravi nel compito e altri no, e questa tecnologia rende possibile eliminare efficacemente quei batteri da altri. I batteri potrebbero essere iniettati nel terreno contaminato. semini il terreno con i batteri, ma prima devi trovare un modo economico per separarlo."

I ricercatori di Purdue stanno anche perseguendo la tecnologia per la produzione farmaceutica, Egli ha detto.

"Questi tipi di tecnologia sono bravi ad essere molto dinamici, il che significa che puoi decidere in tempo reale di prendere tutte le particelle di una dimensione o di un tipo e metterle da qualche parte, " Wereley ha detto. "Questo è importante per il campo della farmacia perché un certo numero di farmaci sono prodotti da particelle solide sospese in un liquido. Le particelle devono essere raccolte e separate dal liquido."

Questo processo viene ora eseguito utilizzando filtri e centrifughe.

"Una centrifuga fa la stessa cosa ma è globale, crea una forza su ogni particella, considerando che questa nuova tecnologia può isolare specificamente solo alcune particelle, " Wereley ha detto. "Possiamo, dire, raccogliere tutte le particelle che hanno un diametro di un micron o eliminare qualsiasi cosa più grande di due micron, in modo da poter selezionare dinamicamente quali particelle si desidera mantenere."

La tecnologia può essere utilizzata anche come strumento per la nanoproduzione perché promette bene per l'assemblaggio di particelle sospese, chiamati colloidi. La capacità di costruire oggetti con colloidi permette di realizzare strutture con particolari caratteristiche meccaniche e termiche per realizzare dispositivi elettronici e minuterie meccaniche. Mancano almeno cinque anni alle applicazioni di nanoproduzione, Egli ha detto.

La tecnologia può anche essere utilizzata per apprendere le forze elettrocinetiche fondamentali di molecole e strutture biologiche, cosa difficile da fare con le tecnologie esistenti.

"Quindi ci sono anche applicazioni scientifiche fondamentali di queste tecnologie, " ha detto Kumar.