eng
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.
В отчетной статье ученые описали три конфигурации акустических пинцетов, которые используют преобразователи для создания звуковых волн для работы с частицами в чаше Петри.
Три вариации акустических пинцетов
Три конфигурации акустического пинцета для работы с чашками Петри © Tony Huang Duke University
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:
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».
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.
Три вариации акустических пинцетов
Три конфигурации акустического пинцета для работы с чашками Петри © Tony Huang Duke UniversityВариант №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».
© РИЦ «ТЕХНОСФЕРА». При копировании материала обязательно указывайте ссылку на источник
Комментарии читателей
