Geluidsgolven transportdruppels voor herschrijfbare Lab-on-a-Chip-apparaten

Ingenieurs hebben een veelzijdig microfluïdisch lab-on-a-chip gedemonstreerd dat geluidsgolven gebruikt om tunnels in olie te creëren om druppels contactloos te manipuleren en te transporteren. De technologie zou de basis kunnen vormen van een kleinschalige, programmeerbare, herschrijfbare biomedische chip die volledig herbruikbaar is om diagnostiek op locatie of laboratoriumonderzoek mogelijk te maken. Het systeem realiseert herschrijfbare routering, sortering en poorten van druppels met minimale externe controle, wat essentiële functies zijn voor de digitale logische controle van druppels.

Geautomatiseerde vloeistofbehandeling heeft de ontwikkeling van veel wetenschappelijke gebieden gestimuleerd, zoals klinische diagnostiek en grootschalige screening van verbindingen. Hoewel ze alomtegenwoordig zijn in de moderne biomedische onderzoeks- en farmaceutische industrie, zijn deze systemen omvangrijk, duur en kunnen ze kleine hoeveelheden vloeistoffen niet goed aan.

Lab-on-a-chip-systemen hebben deze ruimte tot op zekere hoogte kunnen vullen, maar de meeste worden gehinderd door één groot nadeel:oppervlakteabsorptie. Omdat deze apparaten afhankelijk zijn van vaste oppervlakken, laten de monsters die worden getransporteerd onvermijdelijk sporen van zichzelf achter die tot verontreiniging kunnen leiden. Het nieuwe lab-on-a-chip-platform gebruikt een dunne laag inerte, niet-mengbare olie om te voorkomen dat druppeltjes sporen van zichzelf achterlaten. Net onder de olie trilt een raster van piëzo-elektrische transducers wanneer er elektriciteit doorheen wordt geleid. Net als het oppervlak van een subwoofer, creëren deze trillingen geluidsgolven in het dunne laagje olie erboven.

Deze geluidsgolven vormen complexe patronen wanneer ze van de boven- en onderkant van de chip afkaatsen en ook wanneer ze tegen elkaar aan botsen. Door het ontwerp van de transducers nauwgezet te plannen en de frequentie en sterkte van de trillingen die de golven veroorzaken te regelen, kunnen de onderzoekers wervels creëren die, wanneer ze worden gecombineerd, tunnels vormen die druppels in elke richting langs het oppervlak van het apparaat kunnen duwen en trekken .

Het nieuwe systeem maakt gebruik van dual-mode transducers die druppels langs een x- of y-as kunnen transporteren, op basis van twee verschillende streamingpatronen. Door dual-mode transducers te gebruiken, konden de onderzoekers druppeltjes langs twee assen verplaatsen en tegelijkertijd de complexiteit van de elektronica viervoudig verminderen. Ze waren ook in staat om de bedrijfsspanning van de transducers drie tot zeven keer lager te verlagen dan bij een eerder systeem, waardoor het tegelijkertijd acht druppels kon regelen. En door een microcontroller in de opstelling te introduceren, konden de onderzoekers een groot deel van de druppelbeweging programmeren en automatiseren.

Het vermogen om druppels te controleren op een manier die vergelijkbaar is met de logische systemen die op een computerchip worden aangetroffen, is essentieel voor een breed scala aan klinische en onderzoeksprocedures. De volgende stap is het combineren van de geminiaturiseerde radiofrequente voeding en besturingskaart voor grootschalige integratie en dynamische planning.