Ene de ĉi tiuj fibroj, gutetoj moviĝas: Mikrofluidika aparato por miksado, apartigante, kaj testaj fluidoj povas malfermi novajn eblecojn por medicina ekzamenado

Mikrofluidaj aparatoj estas etaj sistemoj kun mikroskopaj kanaloj, kiuj povas esti uzataj por kemiaj aŭ biomedicinaj testadoj kaj esploradoj.. En eble ludŝanĝa antaŭeniĝo, MIT-esploristoj nun integrigis mikrofluidikajn sistemojn en individuajn fibrojn, ebligante prilabori multe pli grandajn volumojn de fluido, en pli kompleksaj manieroj. Iusence, la antaŭeniĝo malfermas novan "makro-" epokon de mikrofluidiko.

Integrante konduktajn dratojn kune kun mikrofluidaj kanaloj en longaj fibroj, la esploristoj povis pruvi la kapablon ordigi ĉelojn — en ĉi tiu kazo, apartigante vivantajn ĉelojn de mortaj, ĉar la ĉeloj respondas malsame al elektra kampo. La vivaj ĉeloj, montrata en verdo, estas tiritaj al la ekstera rando de la kanaloj, dum la mortintaj ĉeloj (ruĝa) estas tiritaj al la centro, permesante ilin esti senditaj en apartajn kanalojn.

Ilustraĵoj ĝentile de la esploristoj.

Tradiciaj mikrofluidaj aparatoj, disvolvita kaj uzata vaste dum la lastaj jardekoj, estas produktitaj sur mikroĉip-similaj strukturoj kaj disponigas manierojn de miksado, apartigante, kaj testado de fluidoj en mikroskopaj volumoj. Medicinaj testoj, kiuj postulas nur etan guteton da sango, ekzemple, ofte dependas de mikrofluidiko. Sed la eta skalo de ĉi tiuj aparatoj ankaŭ prezentas limojn; ekzemple, ili ĝenerale ne utilas por proceduroj kiuj bezonas pli grandajn volumojn de likvaĵo por detekti substancojn ĉeestantajn en etaj kvantoj..

Teamo de MIT-esploristoj trovis manieron ĉirkaŭ tio, farante mikrofluidajn kanalojn ene de fibroj. La fibroj povas esti faritaj tiel longe kiel necese por alĝustigi pli grandan trairon, kaj ili ofertas grandan kontrolon kaj flekseblecon super la formoj kaj dimensioj de la kanaloj. La nova koncepto estas priskribita en artikolo aperanta ĉi-semajne en la revuo Procedoj de la Nacia Akademio de Sciencoj, verkita de MIT-grada studento Rodger Yuan, profesoroj Joel Voldman kaj Yoel Fink, kaj kvar aliaj.

Plurdisciplina aliro

La projekto okazis kiel rezulto de "rapidŝtorma" okazaĵo (amalgamo de cerbumado kaj rapida rendevuado, ideo iniciatita de profesoro Jeffrey Grossman) tio estis instigita fare de Fink kiam li estis direktoro de la Esplorlaboratorio de Elektroniko de MIT. La eventoj celas helpi esploristojn evoluigi novajn kunlaborajn projektojn, havante parojn da studentoj kaj postdoktoroj cerbumas dum ses minutoj samtempe kaj elpensas centojn da ideoj en unu horo., kiuj estas rangigitaj kaj taksitaj de panelo. En ĉi tiu speciala rapidŝtorma sesio, studentoj pri elektrotekniko laboris kun aliaj en materiala scienco kaj mikrosistemteknologio por evoluigi novan aliron al ĉelordigo uzante novan klason de multmaterialaj fibroj..

Yuan klarigas tion, kvankam mikrofluida teknologio estis vaste evoluigita kaj vaste uzita por prilaborado de malgrandaj kvantoj de likvaĵo, ĝi suferas de tri propraj limigoj rilate al la ĝenerala grandeco de la aparatoj, iliaj kanalprofiloj, kaj la malfacileco de asimilado de kromaj materialoj kiel ekzemple elektrodoj.

Ĉar ili estas tipe faritaj per chip-produktadmetodoj, mikrofluidaj aparatoj estas limigitaj al la grandeco de la silicioblatoj uzitaj en tiaj sistemoj, kiuj estas ne pli ol proksimume 8 colojn laŭlarĝe. Kaj la fotolitografiometodoj uzataj por fari tiajn blatojn limigas la formojn de la kanaloj; ili povas havi nur kvadratajn aŭ rektangulajn sekcojn. Fine, iuj aldonaj materialoj, kiel ekzemple elektrodoj por senti aŭ manipuli la enhavon de la kanaloj, devas esti individue metita en pozicion en aparta procezo, severe limigante ilian kompleksecon.

"Silicia blato teknologio estas vere bona por fari rektangulajn profilojn, sed io ajn preter tio postulas vere specialigitajn teknikojn,” diras Yuan, kiu plenumis la laboron kadre de sia doktora esploro. “Ili povas fari triangulojn, sed nur kun certaj specifaj anguloj.” Kun la nova fibro-bazita metodo li kaj lia teamo formiĝis, gamo da sekcaj formoj por la kanaloj povas esti efektivigitaj, inkluzive de stelo, kruco, aŭ bantkravatoformoj kiuj povas esti utilaj por apartaj aplikoj, kiel ekzemple aŭtomate ordigado de malsamaj specoj de ĉeloj en biologia provaĵo.

Krome, por konvencia mikrofluidiko, elementoj kiel sentado aŭ hejtado de dratoj, aŭ piezoelektraj aparatoj por indukti vibradojn en la provitaj fluidoj, devas esti aldonita en posta prilabora stadio. Sed ili povas esti tute integritaj en la kanalojn en la nova fibro-bazita sistemo.

Malgrandiĝanta profilo

Kiel aliaj kompleksaj fibrosistemoj evoluigitaj tra la jaroj en la laboratorio de kunaŭtoro Yoel Fink, profesoro pri materiala scienco kaj inĝenierado kaj estro de la Altnivelaj Funkciaj Ŝtofoj de Ameriko (AFFOA) konsorcio, ĉi tiuj fibroj estas faritaj per komencado per superdimensia polimercilindro nomita preformo. Tiuj antaŭformoj enhavas la precizan formon kaj materialojn deziratajn por la fina fibro, sed en multe pli granda formo - kio faras ilin multe pli facile fari en tre precizaj konfiguracioj. Tiam, la preformo estas varmigita kaj ŝarĝita en gutoturon, kie ĝi estas malrapide tirita tra ajuto kiu limigas ĝin al mallarĝa fibro kiu estas unu kvardekono de la diametro de la preformo., konservante ĉiujn internajn formojn kaj aranĝojn.

En la procezo, la materialo estas ankaŭ plilongigita per faktoro de 1,600, tiel ke 100-milimetra longa (4-colo longa) preformo, ekzemple, fariĝas fibro 160 metrojn longaj (pri 525 piedoj), tiel dramece venkante la longlimigojn enecaj en nunaj mikrofluidaj aparatoj. Ĉi tio povas esti decida por iuj aplikoj, kiel ekzemple detektado de mikroskopaj objektoj kiuj ekzistas en tre malgrandaj koncentriĝoj en la fluido - ekzemple, malgranda nombro da kanceraj ĉeloj inter milionoj da normalaj ĉeloj.

“Foje vi devas prilabori multan materialon ĉar tio, kion vi serĉas, estas malofta,” diras Voldman, profesoro pri elektrotekniko, kiu specialiĝas pri biologia mikroteknologio. Tio faras ĉi tiun novan mikrofluidikan teknologion bazitan en fibro speciale taŭga por tiaj uzoj, li diras, ĉar “la fibroj povas fariĝi arbitre longaj,” permesante pli da tempo por la likvaĵo resti ene de la kanalo kaj interagi kun ĝi.

Dum tradiciaj mikrofluidaj aparatoj povas fari longajn kanalojn per buklo tien kaj reen sur malgranda blato, la rezultaj tordoj kaj turnoj ŝanĝas la profilon de la kanalo kaj influas la manieron kiel la likvaĵo fluas, dum en la fibro-versio tiuj povas esti faritaj tiel longe kiel bezonate, sen ŝanĝoj en formo aŭ direkto, permesante seninterrompan fluon, Yuan diras.

La sistemo ankaŭ permesas elektrajn komponentojn kiel ekzemple konduktaj dratoj esti integrigitaj en la fibro. Tiuj povas esti uzataj ekzemple por manipuli ĉelojn, uzante metodon nomitan dielektroforezo, en kiu ĉeloj estas trafitaj alimaniere per elektra kampo produktita inter du konduktaj dratoj sur la flankoj de la kanalo.

Kun ĉi tiuj konduktaj dratoj en la mikrokanalo, oni povas kontroli la tension tiel la fortoj "premas kaj tiras la ĉelojn, kaj vi povas fari ĝin kun altaj flukvantoj,”Diras Voldman.

Kiel pruvo, la teamo faris version de la long-kanala fibro-aparato dizajnita por apartigi ĉelojn, ordigi mortajn ĉelojn el vivantaj, kaj pruvis sian efikecon por plenumi ĉi tiun taskon. Kun plua evoluo, ili atendas povi fari pli subtilan diskriminacion inter ĉeltipoj, Yuan diras.

"Por mi ĉi tio estis mirinda ekzemplo de kiel proksimeco inter esplorgrupoj ĉe interfaka laboratorio kiel RLE kondukas al pionira esplorado., iniciatita kaj gvidata de diplomiĝa studento. Ni la fakultato estis esence trenitaj de niaj studentoj,” Fink diras.

La esploristoj emfazas, ke ili ne vidas la novan metodon kiel anstataŭaĵon de nuna mikrofluidiko., kiuj funkcias tre bone por multaj aplikoj. “Ĝi ne estas intencita anstataŭigi; ĝi celas pliigi” nunajn metodojn, Voldman diras, permesante kelkajn novajn funkciojn por apartaj uzoj kiuj antaŭe ne estis eblaj.

"Ekzempligante la potencon de interfaka kunlaboro, nova kompreno ekestas ĉi tie de neatenditaj kombinaĵoj de fabrikado, materiala scienco, fiziko de biologia fluo, kaj mikrosistemo-dezajno,” diras Amy Herr, profesoro pri bioinĝenierado ĉe la Universitato de Kalifornio ĉe Berkeley, kiu ne estis implikita en ĉi tiu esplorado. Ŝi aldonas, ke ĉi tiu laboro "aldonas gravajn gradojn da libereco - rilate geometrion de fibra sekco kaj materialaj propraĵoj - al emerĝantaj fibro-bazitaj mikrofluidaj dezajnostrategioj."

Fonto: http://novaĵoj.mit.edu, de David L. Kandelisto