«Для биологических испытаний нам часто необходимо проводить разделение клеток перед анализом», — сказал Тони Джун Хуанг, профессор инженерных наук и механики. «Но если процесс разделения влияет на целостность клеток, повреждает их каким-либо образом, диагностика часто не срабатывает».Стоячие поверхностные акустические волны под наклоном могут разделять клетки с использованием очень небольшого количества энергии. В отличие от обычных методов разделения, при которых центрифугируют в течение 10 минут при 3000 оборотах в минуту, поверхностные акустические волны могут разделять клетки гораздо более щадящим образом. Интенсивность мощности и частота, использованные в этом исследовании, аналогичны тем, которые используются при ультразвуковой визуализации, которая оказалась чрезвычайно безопасной даже для плода.
Кроме того, каждая клетка воспринимает акустическую волну всего лишь долю секунды, а не 10 минут.«Метод стоячих поверхностных акустических волн с наклонным углом имеет наименьшее беспокойство или нарушение для разделяемых живых клеток по сравнению с другими доступными методами», — сказал Мин Дао, главный научный сотрудник, материаловедение и инженерия Массачусетского технологического института. «Он дополняет портфель новейших технологических разработок для отделения таких вещей, как редкие циркулирующие опухолевые клетки в крови».Предыдущая работа Хуанга показала, что акустический пинцет создает стоячую поверхностную акустическую волну.
Если два источника звука расположены напротив друг друга и каждый из них излучает звук одинаковой длины, будет место, где противоположные звуки подавляют друг друга. Поскольку звуковые волны имеют давление, они могут толкать очень маленькие объекты, поэтому клетка или наночастица будет двигаться вместе со звуковой волной, пока не достигнет места, где больше нет движения.Если источники звука расположены под прямым углом друг к другу, равномерно распределенный набор строк и столбцов формируется в виде шахматной доски.
В этом случае команда из Пенсильванского университета, Массачусетского технологического института и Университета Карнеги-Меллона использовала программы моделирования, чтобы определить угол наклона источников звука для обеспечения наилучшего разделения. Они сообщают о своих результатах онлайн в Proceedings of the National Academy of Science.Наклоняя источник звука так, чтобы он не был перпендикулярным, исследователи создали лучшее разделительное расстояние и смогли более эффективно сортировать клетки.Акустический пинцет изготавливается путем изготовления встречно-штыревого преобразователя, который создает звук на поверхности пьезоэлектрического чипа.
Стандартная фотолитография создает микроканалы, по которым течет жидкость, содержащая клетки.Исследователи создали сепаратор, который может работать непрерывно. Устройство отделяло частицы размером 9,9 микрометра от частиц размером 7,3 микрометра так эффективно, что 97 процентов частиц размером 7,3 микрометра попали в нужное место.
Устройство также может отделять раковые клетки от лейкоцитов с высокой эффективностью и чистотой. Его просто и недорого изготовить, и для достижения такого разделения не требуется строгого выравнивания.«Метод, который мы описываем в этой статье, является шагом вперед в обнаружении и изоляции циркулирующих опухолевых клеток в организме», — сказал Субра Суреш, один из авторов исследования и президент Университета Карнеги-Меллона. «Он может предложить новый безопасный и эффективный инструмент для исследователей рака, врачей и пациентов».
Исследователи видят устройства, подобные этому, отделяющие раковые клетки от других клеток, бактерии из крови, лейкоциты от красных кровяных телец и малярийных паразитов из крови, и это лишь несколько вариантов использования.