Акустически-управляемый транспорт капель для перезаписываемых лабораторных чипов

Инженеры продемонстрировали универсальный микродиффузный лабораторный чип, который использует звуковые волны для создания туннелей в масле для манипуляции и транспорта капель без касания. Технология может сформировать основу небольшого, программируемого, перезаписываемого биомедицинского чипа, который полностью повторно используется для обеспечения на месте диагностики или лабораторных исследований. Система достигает перезаписываемой маршрутизации, сортировки и затворения капель с минимальным внешним контролем, которые являются существенными функциями для цифрового логического контроля капель.

Автоматизированная обработка жидкостей подвинула развитие многих научных областей, таких как клиническая диагностика и крупномасштабный скрининг соединений. В то время как повсеместны в современных биомедицинских исследованиях и фармацевтической промышленности, эти системы громоздки, дороги и не хорошо обрабатывают малые объемы жидкостей.

Лабораторные чипы смогли заполнить это пространство до некоторой степени, но большинство препятствует один главный недостаток: поверхностное поглощение. Поскольку эти устройства полагаются на твердые поверхности, транспортируемые образцы неизбежно оставляют следы себя, что может привести к загрязнению. Новая лабораторная чип-платформа использует тонкий слой инертного, нерастворимого масла, чтобы остановить капли от оставления любых следов себя. Прямо под маслом, сетка пьезоэлектрических трансдюсеров вибрирует, когда электричество проходит через них. Как поверхность сабвуфера, эти вибрации создают звуковые волны в тонком слое масла над ними.

Эти звуковые волны формируют сложные паттерны, когда они отражаются от верха и дна чипа, а также когда они сталкиваются друг с другом. Тщательно планируя дизайн трансдюсеров и контролируя частоту и силу вибраций, вызывающих волны, исследователи способны создавать вихри, которые, когда комбинированы, формируют туннели, которые могут толкать и тянуть капли в любом направлении вдоль поверхности устройства.

Новая система использует двухрежимные трансдюсеры, которые могут транспортировать капли вдоль оси x или y, основанных на двух разных паттернах стриминга. Используя двухрежимные трансдюсеры, исследователи смогли двигать капли вдоль двух осей одновременно снижая сложность электроники в четыре раза. Они также смогли снизить рабочее напряжение трансдюсеров в три-семь раз ниже, чем предыдущая система, что позволило ему одновременно контролировать восемь капель. И вводя микроконтроллер в установку, исследователи смогли программировать и автоматизировать большую часть движения капель.

Способность контролировать капли образом, похожим на логические системы, найденные на компьютерном чипе, существенна для широкого спектра клинических и исследовательских процедур. Следующий шаг — объединить миниатюризированную радиочастотную систему питания и контрольную плату для крупномасштабной интеграции и динамического планирования.