Ndani ya nyuzi hizi, matone yanasonga: Kifaa cha Microfluidis cha kuchanganya, kutenganisha, na vimiminika vya kupima vinaweza kufungua uwezekano mpya wa uchunguzi wa kimatibabu

Vifaa vya microfluidics ni mifumo midogo midogo iliyo na chaneli za hadubini ambazo zinaweza kutumika kwa uchunguzi na utafiti wa kemikali au biomedical.. Katika uwezekano wa kubadilisha mchezo mapema, Watafiti wa MIT sasa wameingiza mifumo ya microfluidics kwenye nyuzi za mtu binafsi, kuifanya iwezekane kusindika ujazo mkubwa zaidi wa maji, kwa njia ngumu zaidi. Kwa maana, mapema hufungua enzi mpya ya "macro" ya microfluidics.

Kwa kuunganisha waya za conductive pamoja na njia za microfluidic katika nyuzi ndefu, watafiti waliweza kuonyesha uwezo wa kupanga seli - katika kesi hii, kutenganisha chembe hai na zile zilizokufa, kwa sababu seli hujibu tofauti kwa uwanja wa umeme. Seli hai, inavyoonyeshwa kwa kijani, huvutwa kuelekea ukingo wa nje wa njia, wakati seli zilizokufa (nyekundu) huvutwa kuelekea katikati, kuruhusu kutumwa kwa njia tofauti.

Vielelezo kwa hisani ya watafiti.

Vifaa vya jadi vya microfluidics, ilitengenezwa na kutumika kwa wingi katika miongo michache iliyopita, hutengenezwa kwenye miundo kama microchip na kutoa njia za kuchanganya, kutenganisha, na kupima viowevu katika ujazo wa hadubini. Vipimo vya kimatibabu ambavyo vinahitaji tu tone dogo la damu, kwa mfano, mara nyingi hutegemea microfluidics. Lakini kiwango kidogo cha vifaa hivi pia kinaleta mapungufu; kwa mfano, kwa ujumla sio muhimu kwa taratibu zinazohitaji ujazo mkubwa wa kioevu ili kugundua vitu vilivyopo kwa kiasi kidogo..

Timu ya watafiti wa MIT walipata njia ya kuzunguka hilo, kwa kutengeneza njia za microfluidic ndani ya nyuzi. Nyuzi zinaweza kutengenezwa kwa muda mrefu kama zinahitajika ili kushughulikia upitishaji mkubwa, na hutoa udhibiti mkubwa na unyumbufu juu ya maumbo na vipimo vya chaneli. Wazo hilo jipya limeelezewa katika karatasi inayoonekana wiki hii kwenye jarida Kesi za Chuo cha Kitaifa cha Sayansi, iliyoandikwa na mwanafunzi aliyehitimu MIT Rodger Yuan, maprofesa Joel Voldman na Yoel Fink, na wengine wanne.

Mbinu ya fani nyingi

Mradi ulikuja kama matokeo ya tukio la "mvuto wa kasi". (muunganisho wa bongo fleva na kasi ya kuchumbiana, wazo lililoanzishwa na Profesa Jeffrey Grossman) ambayo ilichochewa na Fink alipokuwa mkurugenzi wa Maabara ya Utafiti ya MIT ya Elektroniki. Matukio hayo yanalenga kuwasaidia watafiti kuendeleza miradi mipya ya ushirikiano, kwa kuwa na jozi za wanafunzi na postdocs kujadiliana kwa dakika sita kwa wakati mmoja na kuja na mamia ya mawazo kwa saa moja., ambazo zimeorodheshwa na kutathminiwa na jopo. Katika kipindi hiki cha mwendo kasi, wanafunzi katika uhandisi wa umeme walifanya kazi na wengine katika sayansi ya vifaa na teknolojia ya mifumo midogo ili kukuza mbinu mpya ya upangaji wa seli kwa kutumia darasa mpya la nyuzi nyingi..

Yuan anaelezea hivyo, ingawa teknolojia ya microfluidic imeendelezwa sana na kutumika sana kwa usindikaji wa kiasi kidogo cha kioevu, inakabiliwa na mapungufu matatu ya asili yanayohusiana na saizi ya jumla ya vifaa, wasifu wa kituo chao, na ugumu wa kuingiza vifaa vya ziada kama vile elektroni.

Kwa sababu kawaida hufanywa kwa kutumia njia za utengenezaji wa chip, vifaa vya microfluidic ni mdogo kwa ukubwa wa kaki za silicon zinazotumiwa katika mifumo hiyo, ambayo si zaidi ya kuhusu 8 inchi kwa upana. Na njia za upigaji picha zinazotumiwa kutengeneza chips kama hizo hupunguza maumbo ya chaneli; wanaweza tu kuwa na sehemu za msalaba za mraba au mstatili. Mwishowe, nyenzo yoyote ya ziada, kama vile elektroni za kuhisi au kudhibiti yaliyomo kwenye chaneli, lazima iwekwe kibinafsi katika nafasi katika mchakato tofauti, kupunguza kwa kiasi kikubwa utata wao.

"Teknolojia ya chip ya silicon ni nzuri sana katika kutengeneza wasifu wa mstatili, lakini chochote zaidi ya hapo kinahitaji mbinu maalum,” anasema Yuan, ambaye alifanya kazi hiyo kama sehemu ya utafiti wake wa udaktari. "Wanaweza kutengeneza pembetatu, lakini kwa pembe fulani mahususi tu.” Kwa njia mpya ya msingi wa nyuzi yeye na timu yake walitengeneza, maumbo mbalimbali ya sehemu-mtambuka ya chaneli yanaweza kutekelezwa, ikiwa ni pamoja na nyota, msalaba, au maumbo ya bowtie ambayo yanaweza kuwa muhimu kwa programu mahususi, kama vile kupanga kiotomatiki aina tofauti za seli katika sampuli ya kibayolojia.

Zaidi ya hayo, kwa microfluidi za kawaida, vipengele kama vile kuhisi au nyaya za joto, au vifaa vya piezoelectric ili kushawishi mitetemo katika vimiminika vilivyotolewa sampuli, lazima iongezwe katika hatua ya baadaye ya usindikaji. Lakini zinaweza kuunganishwa kabisa kwenye njia katika mfumo mpya wa msingi wa nyuzi.

Wasifu unaopungua

Kama mifumo mingine changamano ya nyuzi iliyotengenezwa kwa miaka mingi katika maabara ya mwandishi mwenza Yoel Fink, profesa wa sayansi ya vifaa na uhandisi na mkuu wa Advanced Functional Fabrics of America (AFFOA) muungano, nyuzi hizi zinatengenezwa kwa kuanza na silinda ya polima iliyozidi ukubwa iitwayo preform. Maandalizi haya yana umbo halisi na nyenzo zinazohitajika kwa nyuzi za mwisho, lakini katika umbo kubwa zaidi - ambayo huwafanya kuwa rahisi zaidi katika usanidi sahihi sana. Basi, preform ni joto na kubeba katika tone mnara, ambapo inavutwa polepole kupitia pua inayoibana hadi kwenye nyuzi nyembamba ambayo ni arobaini ya kipenyo cha preform., huku ukihifadhi maumbo na mipangilio yote ya ndani.

Katika mchakato, nyenzo pia ni vidogo kwa sababu ya 1,600, ili urefu wa milimita 100 (4-urefu wa inchi) preform, kwa mfano, inakuwa nyuzi 160 urefu wa mita (kuhusu 525 miguu), hivyo basi kushinda kwa kiasi kikubwa vikwazo vya urefu vilivyomo katika vifaa vya sasa vya microfluidic. Hii inaweza kuwa muhimu kwa baadhi ya programu, kama vile kugundua vitu vya hadubini ambavyo vipo katika viwango vidogo sana kwenye giligili - kwa mfano, idadi ndogo ya seli za saratani kati ya mamilioni ya seli za kawaida.

"Wakati mwingine unahitaji kuchakata nyenzo nyingi kwa sababu unachotafuta ni nadra,” anasema Voldman, profesa wa uhandisi wa umeme ambaye ni mtaalamu wa microteknolojia ya kibaolojia. Hiyo inafanya teknolojia hii mpya ya msingi wa nyuzi kuwa sawa kwa matumizi kama haya, Anasema, kwa sababu “nyuzi zinaweza kufanywa kuwa ndefu kiholela,” kuruhusu muda zaidi kwa kioevu kubaki ndani ya chaneli na kuingiliana nacho.

Wakati vifaa vya kitamaduni vya microfluidics vinaweza kutengeneza chaneli ndefu kwa kuzunguka huku na huko kwenye chip ndogo, twist na zamu zinazosababisha hubadilisha wasifu wa chaneli na kuathiri njia ya mtiririko wa kioevu, ambapo katika toleo la nyuzi hizi zinaweza kufanywa kwa muda mrefu kama inahitajika, bila mabadiliko katika sura au mwelekeo, kuruhusu mtiririko usiokatizwa, Yuan anasema.

Mfumo pia unaruhusu vipengee vya umeme kama vile nyaya za kupitishia umeme kuingizwa kwenye nyuzi. Hizi zinaweza kutumika kwa mfano kudhibiti seli, kwa kutumia njia inayoitwa dielectrophoresis, ambayo seli huathiriwa tofauti na uwanja wa umeme unaozalishwa kati ya waya mbili za conductive kwenye pande za chaneli..

Kwa waya hizi za conductive kwenye microchannel, mtu anaweza kudhibiti voltage ili nguvu "zinasukuma na kuvuta seli, na unaweza kuifanya kwa viwango vya juu vya mtiririko,” Voldman anasema.

Kama onyesho, timu ilifanya toleo la kifaa cha nyuzi cha njia ndefu kilichoundwa kutenganisha seli, kupanga seli zilizokufa kutoka kwa zilizo hai, na kuthibitisha ufanisi wake katika kufanikisha kazi hii. Pamoja na maendeleo zaidi, wanatarajia kuwa na uwezo wa kufanya ubaguzi wa hila zaidi kati ya aina za seli, Yuan anasema.

"Kwangu mimi huu ulikuwa mfano mzuri wa jinsi ukaribu kati ya vikundi vya utafiti kwenye maabara ya taaluma tofauti kama RLE husababisha utafiti wa msingi., iliyoanzishwa na kuongozwa na mwanafunzi aliyehitimu. Sisi kitivo tulivutwa na wanafunzi wetu,” Fink anasema.

Watafiti wanasisitiza kuwa hawaoni njia hiyo mpya kama mbadala wa microfluidi za sasa, ambayo inafanya kazi vizuri sana kwa programu nyingi. "Haikusudiwi kuchukua nafasi; inakusudiwa kuongeza" mbinu za sasa, Voldman anasema, kuruhusu vitendaji vipya kwa matumizi fulani ambayo hayajawezekana hapo awali.

"Kuonyesha nguvu ya ushirikiano kati ya taaluma mbalimbali, uelewa mpya unatokea hapa kutokana na mchanganyiko usiotarajiwa wa utengenezaji, sayansi ya nyenzo, fizikia ya mtiririko wa kibaolojia, na muundo wa mifumo ndogo,” anasema Amy Herr, profesa wa bioengineering katika Chuo Kikuu cha California huko Berkeley, ambaye hakuhusika katika utafiti huu. Anaongeza kuwa kazi hii "inaongeza viwango muhimu vya uhuru - kuhusu jiometri ya sehemu ya nyuzi na mali ya nyenzo - kwa mikakati inayoibuka ya muundo wa microfluidic inayotokana na nyuzi."

Chanzo: http://na probiotic tunayotumia imeidhinishwa pia, na David L. Chandler