Акустичний пінцет – це потужний універсальний набір інструментів, які використовують звукові хвилі для маніпулювання біочастіцамі, починаючи від позаклітинних везикул нанометрового розміру і закінчуючи багатоклітинними організмами міліметрового розміру. За останні кілька десятиліть можливості акустичного пінцета розширилися від спрощеного уловлювання частинок до точного обертання і переміщення клітин і організмів в трьох вимірах.
«Останні досягнення привели до появи безлічі передових універсальних інструментів, – сказав Тоні Джун Хуанг, заслужений професор машинобудування та матеріалознавства Вільяма Бевало, який працює в цій галузі більш десяти років. «Однак, врешті-решт, успіх в цій галузі залежить від того, чи хочуть кінцеві користувачі, такі як біологи, хіміки або клініцисти, прийняти цю технологію чи ні. Цей документ демонструє крок до набагато більш дружньому робочому процесу, щоб спростити його. щоб кінцеві користувачі взяли цю технологію ».
У своєму першому застосуванні акустичний пінцет використовував звукові хвилі, які генеруються з протилежних сторін мікрожідкостного чіпа або камери, для створення вузлів, в яких застряють клітини або мікрочастинки. Переміщення хвильових фронтів звукових хвиль через протилежні поверхні камери контролювала стан частинки в двох вимірах, в той час як регулювання амплітуд звукових хвиль могла штовхати або тягнути їх в третьому.
З тих пір були продемонстровані більш досконалі установки, в яких звукові хвилі відбиваються по всій камері з текучим середовищем. Наприклад, в залежності від програми можна створювати і змінювати візерунки, щоб розділяти і керувати кількома частинками одночасно, або можна формувати вири для концентрації групи частинок.
Але незалежно від того, наскільки розвинені їх здатності, акустичні пінцети, таким чином, були віднесені до демонстраційних прототипів і лабораторіям зі спеціалізованим обладнанням; далеко не всі біологи впровадили цю технологію.
«Наша мета – подолати розрив між акустичними інноваціями і біологічними / клінічними настільними системами», – сказав Хуанг.
У цій статті Хуанг і його колеги демонструють три прототипи установок, в яких використовуються перетворювачі для створення звукових хвиль, які керують частками в найпоширенішою чашці для культивування клітин, яку можна знайти в біомедичних лабораторіях – чашці Петрі.
У першому варіанті набір з чотирьох перетворювачів, по одному з кожного боку чашки Петрі, створює звукові хвилі, які взаємодіють один з одним, створюючи стоячий візерунок всередині рідкого зразка чашки . Установка може бути використана для формування клітинного патерну з безліччю конфігурацій, досліджень міжклітинної взаємодії та побудови тривимірних тканин.
У другій конструкції використовується похилий перетворювач, який посилає звукову хвилю під кутом з-під чашки Петрі, щоб створити вир, який концентрує вміст чашки в центрі. Ця здатність дозволить дослідникам концентрувати біочастіци для посилення сигналу і побудови великих клітинних сфероидов.
На завершенном етапі голографических міжпальцеві перетворювачі – два перетворювачі, зібрані разом, як блискавка – створють в высокочастотном хвилеподібні хвилі с нижней чашки Петри для управления частинками в певних місцях. Перемикаючись між різними конструкциями, установка може стимулировать клитини, також концентрувати та захоплювати бічастинки.
Разом набори демонструють простой у викорированных акустических пинцет, який може использовать мануальные средства, не торкаючись их и не позначаючи. Потенційні програми включают візерунок и друк клітин, розділення и сортування клітин, контроль взамодії клітин-клитин, конструювання ткани и обертання багатоклитинних оргізмів .
«Метою цього дослідження було відтворити деякі з попередніх функцій наших акустичних пінцетів в чашках Петрі», – сказав Хуанг, який також є співзасновником компанії, яка прагне до комерціалізації технології. «Наша наступна мета – створити єдиний прототип, який реалізує всі можливості цих трьох установок, якщо не більше».