Исследователи из Университета Дьюка показали серию прототипов акустических пинцетов для работы с частицами и клетками в чашках Петри с использованием звуковых волн.
Звуковые волны заменят руки лаборантов при работе с чашками Петри
Просмотры: 563
11.09.2020
Исследователи из Университета Дьюка показали серию прототипов акустических пинцетов для работы с частицами и клетками в чашках Петри с использованием звуковых волн.
Акустические пинцеты – это мощный, многогранный набор инструментов, использующий звуковые волны для манипуляций с биочастицами, начиная от нанометровых внеклеточных везикул до миллиметровых многоклеточных организмов. За последние десятилетия мощность акустических пинцетов расширилась от базового улавливания частиц до точного вращения и перемещения клеток и организмов в трех измерениях.
В первой версии, акустические пинцеты использовали звуковые волны, сгенерированные на противоположных сторонах микрофлюидного чипа или микрофлюидной камеры для создания узлов, в которых «запираются» микрочастицы. Сдвиг фронта звуковой волны через противоположные поверхности камеры контролируют расположение частицы в двух измерениях, в то время как изменение амплитуды звуковых волн может притянуть или оттолкнуть их трёх измерениях.
Более продвинутые конфигурации акустического пинцета открывают другие возможности. Звуковые волны ревербирируют через флюидную камеру. Например, в зависимости от применения, можно создавать и менять клеточные паттерны, чтобы разделять и манипулировать одновременно множественными частицами или создавать водовороты для концентрации группы частиц.
Однако, насколько бы продвинутыми не были возможности акустических пинцетов, они использовались только в лабораториях со специальным оборудованием и лишь малое количество биологов восприняли эту технологию в своей ежедневной работе.
«Наша цель – построить мост между «акустическими инновациями» и настольным применением технологии в биологических лабораториях и клиниках», – отметил один из авторов исследования.
В отчетной статье ученые описали три конфигурации акустических пинцетов, которые используют преобразователи для создания звуковых волн для работы с частицами в чаше Петри.
Вариант №1. Создание стоячей волны для сортировки Система из четырех преобразователей, по одному на каждой стороне чашки Петри, создает звуковые волны, которые взаимодействуют друг с другом для создания стоячей волны внутри образца жидкости в чаше. Эта конфигурация может быть использована для мультиконфигуративного расположения клеток, изучения взаимодействия между клетками и конструирования 3D-образцов живых тканей.
Вариант №2. Водоворот для концентрации Вторая конфигурация использует наклонный преобразователь, направляющий наклонную звуковую волну с обратной стороны дна чашки Петри для создания водоворота, в котором сконцентрированы биочастицы для усиления сигнала или конструирования больших клеточных сфероидов.
Вариант №3. Высокочастотные волны для концентрации и стимуляции В финальной конфигурации голографические встречно-штыревые преобразователи – два трансдуктора, соединенные как застежка-молния, генерируют высокочастотные волны с обратной стороны дна чаши Петри для управления частицами в заданных местах чаши. Посредством переключения между разными конфигурациями, установка может стимулировать клетки, либо, так же успешно концентрировать или улавливать биочастицы.
Совместное использование всех конфигураций представляет собой простые в использовании акустические пинцеты, при помощи которых можно работать с разнообразными видами клеток и частиц без соприкосновения и этикеток.
Возможные сферы применения технологии:
формирование положения клеток,
печать клеток,
разделение клеток,
сортировка клеток,
контроль межклеточных взаимодействий,
создание тканей живых организмов,
вращение многоклеточных организмов.
«В этом исследовании мы воспроизвели некоторые функции разработанных нами ранее акустических пинцетов в чашках Петри», – отметил профессор Университета Дьюка Тони Хуан, ученый, который также финансирует кампанию по внедрению технологии в повседневную работу специалистов. «Наша следующая задача – сделать единый прототип, который консолидирует возможности всех трех конфигураций одновременно».
Статья, описывающая технологию, была опубликована в сети 09.09.2020 в журнале Science Advances.
Если вам близка тематика биологических и медицинских исследований, обратите внимание на нашу книжную серию «Мир биологии и медицины».