Los ingenieros mecánicos de la Universidad de Duke han demostrado un conjunto de prototipos para manipular partículas y células en una placa de Petri utilizando ondas sonoras. Los dispositivos, conocidos en la comunidad científica como "pinzas acústicas", son la primera incursión en la fabricación de este tipo de herramientas., que hasta ahora han sido relegados a laboratorios con equipo y experiencia específicos, disponibles para su uso en una amplia gama de entornos.
El artículo que describe la tecnología aparece en línea el 9 de septiembre en la revista avances científicos .
Las pinzas acústicas son un conjunto poderoso y versátil de herramientas que utilizan ondas sonoras para manipular biopartículas que van desde vesículas extracelulares de tamaño nanométrico hasta organismos multicelulares de tamaño milimétrico. En las últimas décadas, las capacidades de las pinzas acústicas se han expandido desde la captura de partículas simplista.a la rotación y traslación precisas de células y organismos en tres dimensiones.
"Los avances recientes han dado lugar a muchas herramientas avanzadas y versátiles", dijo Tony Jun Huang, profesor distinguido de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales William Bevan, que ha estado trabajando en el campo durante más de una década. "Sin embargo, en elAl final del día, el éxito de este campo depende de si los usuarios finales, como biólogos, químicos o médicos, están dispuestos a adoptar esta tecnología o no. Este documento demuestra un paso hacia un flujo de trabajo mucho más amigable para que sea más fácil para los usuarios finales adoptaresta tecnología. "
En su primera aplicación, las pinzas acústicas utilizaron ondas sonoras generadas desde lados opuestos de un chip o cámara de microfluidos para crear nodos donde las células o micropartículas quedan atrapadas. Mover los frentes de onda de las ondas sonoras a través de las superficies opuestas de la cámara controlaba la posición de una partículaen dos dimensiones, mientras que ajustar las amplitudes de las ondas sonoras podría empujarlas o jalarlas en la tercera.
Desde entonces se han demostrado configuraciones más avanzadas, donde las ondas sonoras reverberan a través de una cámara fluídica. Por ejemplo, dependiendo de la aplicación, se pueden crear y cambiar patrones para separar y manipular múltiples partículas a la vez, o se pueden formar remolinos para concentrar ungrupo de partículas.
Pero no importa cuán avanzadas sean sus habilidades, las pinzas acústicas han sido relegadas a demostraciones de prototipos y laboratorios con equipos especializados; muy pocos biólogos han adoptado esta tecnología todavía.
"Nuestro objetivo es cerrar la brecha entre las innovaciones acústicas y la mesa de trabajo biológica / clínica", dijo Huang.
En el artículo, Huang y sus colegas demuestran tres configuraciones prototipo que usan transductores para crear ondas de sonido que manipulan partículas en la placa de cultivo celular más común que se encuentra en los laboratorios biomédicos: la placa de Petri.
En el primer diseño, un conjunto de cuatro transductores, uno a cada lado de la placa de Petri, crean ondas de sonido que interactúan entre sí para crear un patrón de pie dentro de la muestra líquida de la placa. La configuración podría usarse para configuraciones múltiplespatrones celulares, estudios de interacción célula-célula y construcción de tejidos 3D.
El segundo diseño utiliza un transductor inclinado que envía una onda de sonido en ángulo desde debajo de la placa de Petri para crear un remolino que concentra el contenido de la placa en el centro. Esta capacidad permitiría a los investigadores concentrar biopartículas para mejorar la señal y la construcción de esferoides de células grandes.
En la configuración final, los transductores interdigitales holográficos, dos transductores acoplados como una cremallera, crean ondas similares a un haz de alta frecuencia desde debajo de la placa de Petri para controlar las partículas en ubicaciones específicas. Al cambiar entre diferentes diseños, la configuración puedeestimular las células, así como concentrar y atrapar biopartículas.
En conjunto, las configuraciones demuestran pinzas acústicas fáciles de usar que pueden manipular suavemente una amplia variedad de células y partículas sin tocarlas ni etiquetarlas. Las aplicaciones potenciales incluyen patrones e impresión de células, separación y clasificación de células, control de interacciones célula-célula,construcción de tejidos y organismos multicelulares en rotación.
"El propósito de este estudio fue duplicar algunas de las funciones anteriores de nuestras pinzas acústicas en placas de Petri", dijo Huang, quien también ha cofundado una empresa para perseguir la comercialización de la tecnología. "Nuestro próximo objetivo es construir una solaprototipo que realiza todas las habilidades de estas tres configuraciones, si no más. "
Esta investigación fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud R01GM132603, R01GM135486, UG3TR002978, R33CA223908, R01GM127714, R01HD086325, la Actividad de Adquisición de Investigación Médica del Ejército de los Estados Unidos W81XWH-18-1-0242 y la Fundación Nacional de Ciencias ECCS-1807601.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Ken Kingery. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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