Gli ingegneri meccanici della Duke University hanno dimostrato un minuscolo vortice in grado di concentrare le nanoparticelle usando nient'altro che il suono. L'innovazione potrebbe raccogliere proteine ​​e altre strutture biologiche dal sangue, campioni di urina o saliva per futuri dispositivi diagnostici.

La diagnosi precoce è la chiave per trattare con successo molte malattie, ma individuare i primi indicatori di un problema è spesso difficile. Per individuare i primi segnali di pericolo, i medici di solito devono concentrare le scarse proteine, anticorpi o altri biomarcatori da piccoli campioni di fluido corporeo di un paziente per fornire un segnale sufficiente per il rilevamento.

Sebbene ci siano molti modi per farlo oggi, la maggior parte sono costosi, dispendioso in termini di tempo o troppo ingombrante da portare in campo, e potrebbero richiedere esperti qualificati. Gli ingegneri della Duke si stanno muovendo per sviluppare un nuovo dispositivo che affronti questi ostacoli.

In un nuovo studio, i ricercatori hanno accoppiato un piccolo trasduttore acustico a un cilindro di vetro per produrre un vortice in grado di catturare queste nanoparticelle che segnalano la malattia nel suo vortice. Il sistema mostra la promessa iniziale per i nuovi dispositivi diagnostici perché è compatto, poco costoso, a bassa energia e non altera le proprietà delle particelle racchiuse.

I risultati appaiono online il 25 gennaio, 2017, nel diario American Chemical Society Nano .

"La diagnosi ha un impatto su circa il 70% delle decisioni sanitarie, " ha detto Tony Huang, professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali alla Duke. "Se possiamo migliorare la qualità della diagnostica riducendone i costi, allora possiamo migliorare enormemente l'intero sistema sanitario".

La nuova tecnologia si basa sul calcolo e sulla manipolazione degli effetti delle due forze associate alle onde sonore:radiazione acustica e streaming acustico. Se hai mai soffiato aria sulla parte superiore di una bottiglia per creare un tono, allora hai familiarità con quest'ultimo. Lo streaming acustico è lo stesso fenomeno ma al contrario, dove un corpo vibrante induce un fluido a fluire.

Anche le radiazioni acustiche sono facili da visualizzare:basti pensare a qualsiasi cartone animato in cui un altoparlante gigante fa cadere qualcuno a terra. Anche se è improbabile che questo scenario si verifichi senza uccidere qualcuno, il suono non è altro che un'onda di pressione che viaggia, e spinge su qualunque cosa incontri. I dispositivi hanno utilizzato questo fenomeno per concentrare le particelle prima, ma non fornisce una forza sufficiente da solo una volta che le particelle scendono su scala nanometrica.

Nel nuovo dispositivo, un piccolo, Il trasduttore acustico da 5 volt crea un'onda sonora fissa diretta verso un lungo, fiala di vetro sottile. Poiché la fiala è perpendicolare all'onda sonora, e poiché la squadra di Huang ha sintonizzato con precisione i due tra loro, le vibrazioni nel vetro creano un vortice stazionario lungo l'asse della fiala. Il vortice aspira tutte le particelle sospese nel liquido di prova, come quelle estratte da campioni di sangue o di urina, mentre la radiazione acustica le mantiene lì.

Nello studio, i marcatori fluorescenti aiutano a rendere più visibili le nanoparticelle sospese. Ma in un vero dispositivo diagnostico, Huang dice che non sarebbe necessario.

"Il mio obiettivo è creare un piccolo dispositivo diagnostico delle dimensioni di un telefono cellulare in grado di separare autonomamente i biomarcatori dai campioni, " ha detto Huang. "Con questa tecnologia a vortice, i biomarcatori potrebbero quindi essere abbastanza concentrati da poter essere visti con una semplice fotocamera come quelle che si trovano nei telefoni cellulari di oggi".

Huang ora prevede di lavorare su altri componenti di tale dispositivo, e collaborare con gli scienziati della Duke Health per testare la nuova tecnologia a vortice nella diagnosi delle malattie.