Akustisch-golf-gedreven Druppeltransport voor Herbruikbare Lab-on-a-Chip Apparaten

Ingenieurs hebben een veelzijdige microfluidische lab-on-a-chip gedemonstreerd die geluidsgolven gebruikt om tunnels in olie te creëren om druppels contactloos te manipuleren en te transporteren. De technologie kan de basis vormen van een kleinschalige, programmeerbare, herbruikbare biomedische chip die volledig herbruikbaar is om on-site diagnostiek of laboratoriumonderzoek mogelijk te maken. Het systeem bereikt herbruikbare routing, sortering en gating van druppels met minimale externe controle, wat essentiële functies zijn voor de digitale logica-controle van druppels.

Geautomatiseerde vloeistofafhandeling heeft de ontwikkeling van veel wetenschappelijke velden gedreven, zoals klinische diagnostiek en grootschalige component-screening. Hoewel alomtegenwoordig in modern biomedisch onderzoek en farmaceutische industrieën, zijn deze systemen bulky, duur, en hanteren kleine volumes vloeistoffen niet goed.

Lab-on-a-chip systemen hebben deze ruimte tot een zekere mate kunnen vullen, maar de meeste worden gehinderd door één grote nadel: oppervlakteabsorptie. Omdat deze apparaten op vaste oppervlakken vertrouwen, achterlaten de getransporteerde monsters onvermijdelijk sporen van zichzelf die tot contaminatie kunnen leiden. Het nieuwe lab-on-a-chip platform gebruikt een dunne laag inert, onmengbare olie om druppels te stoppen van enig spoor van zichzelf te achterlaten. Net onder de olie, vibreert een rooster van piezo-elektrische transducers wanneer elektriciteit doorheen wordt geleid. Net als het oppervlak van een subwoofer, creëren deze trillingen geluidsgolven in de dunne laag olie erboven.

Deze geluidsgolven vormen complexe patronen wanneer ze afkaatsen van de boven- en onderkant van de chip alsook wanneer ze in elkaar lopen. Door het ontwerp van de transducers zorgvuldig te plannen en de frequentie en sterkte van de trillingen die de golven veroorzaken te controleren, zijn de onderzoekers in staat om virbels te creëren die, gecombineerd, tunnels vormen die druppels in elke richting langs het oppervlak van het apparaat kunnen duwen en trekken.

Het nieuwe systeem gebruikt dual-mode transducers die druppels langs een x- of y-as kunnen transporteren, gebaseerd op twee verschillende streamingpatronen. Door dual-mode transducers te gebruiken, waren de onderzoekers in staat om druppels langs twee assen te verplaatsen terwijl ze de complexiteit van de elektronica viervoudig reduceerden. Ze waren ook in staat de werkspanning van de transducers drie tot zeven keer lager te maken dan een eerdere systeem, wat het in staat stelde om tegelijkertijd acht druppels te controleren. En door een microcontroller aan de setup toe te voegen, waren de onderzoekers in staat om veel van de druppelbeweging te programmeren en te automatiseren.

De mogelijkheid om druppels te controleren op een manier vergelijkbaar met de logicasystemen op een computerchip is essentieel voor een wijd scala aan klinische en onderzoeksprocedures. De volgende stap is het combineren van de geminiatureerde radiofrequentie voeding en controleboard voor grootschalige integratie en dynamische planning.