Se logra la captura acústica 3D de micropartículas en flujos de fluidos

La fuerza de la radiación acústica producida por las ondas de ultrasonido estacionarias es una de las fuerzas con capacidad de atrapar células. Las células pueden quedar atrapadas en nodos de presión o antinodos dependiendo de la naturaleza de la célula y del medio de suspensión.

Un equipo de investigación del Instituto Suzhou de Ingeniería y Tecnología Biomédicas (SIBET) de la Academia de Ciencias de China ha desarrollado un chip de captura acústica que puede proporcionar captura celular tridimensional (3D) en un medio que fluye continuamente con una estructura de resonancia circular.

Las trampas celulares son muy importantes en ingeniería biomédica porque permiten pinzar, separar, filtrar y aglomerar las células. Entre los diversos enfoques de captura, la captura acústica se ha utilizado ampliamente en la investigación biológica porque puede proporcionar una manipulación de células sin contacto y biosegura.

Las ondas estacionarias ultrasónicas se pueden clasificar además en ondas acústicas estacionarias masivas (BAW), que son generadas por transductores piezoeléctricos masivos, u ondas acústicas estacionarias de superficie (SAW), que son generadas por niobato de litio monocristalino (LiNbO).3) grabado con electrodos interdigitados. SAW puede manipular partículas con un consumo de energía muy bajo, pero generalmente se usa para clasificar líquidos que fluyen y organizar partículas en líquidos estacionarios porque la fuerza de sujeción general es pequeña en comparación con BAW.

Por otro lado, la microtransmisión acústica de vórtice también se puede aplicar para atrapar células cerca de obstáculos o microburbujas. El diseño del micropilar o barrera juega un papel importante en la mejora de la eficiencia del atrapamiento. Sin embargo, algunas trampas no pueden liberar partículas fácilmente y otras no pueden proporcionar una posición fija de trampa.

La eficacia de captura está determinada básicamente por la fuerza de captura. En algunos estudios anteriores, las partículas generalmente quedaban atrapadas en fluidos estáticos o fluidos que fluían a velocidades muy bajas, o el proceso de captura tomaba varios segundos, lo que se debía principalmente a una potencia de captura insuficiente. Esto reduce la eficiencia y el rendimiento de captura, mientras que la manipulación celular de alto rendimiento es importante en muchas aplicaciones biológicas, como la identificación Raman y la captura de nanopartículas.

Los investigadores crearon ondas acústicas estacionarias en una microestructura circular, proporcionando suficiente fuerza para bloquear las células en el centro de la habitación. Mientras tanto, las células cerca del fondo del microcanal quedan sujetas por la fuerza de radiación generada en la dirección de profundidad.

Así, un confinamiento celular 3D está formado por un diseño especial de microcanales accionados por un solo transductor de placa piezoeléctrica. Los resultados experimentales muestran que el chip puede proporcionar una potencia de captura a nivel de nanonewton (nN) y un tiempo de captura a nivel de milisegundos (ms) para partículas del tamaño de una micra que se mueven a una velocidad de nivel de mm/s.

Con este método de captura biocompatible y sin contacto, el chip se puede aplicar a diversos escenarios de ingeniería biomédica, como chips de órganos, cultivos celulares, análisis Raman y captura de nanopartículas.

El estudio titulado «Atrapamiento acústico 3D de micropartículas en líquido que fluye usando una cavidad circular» se publicó en Sensors and Actuators A: Physical.

Este trabajo contó con el apoyo del Programa Nacional Clave de Investigación y Desarrollo de China, la Asociación de Promoción de la Innovación Juvenil de CAS y el proyecto de desarrollo de equipos CAS.

Diagrama esquemático del diseño de chips y rendimiento de captura en glóbulos rojos y glóbulos blancos. Las células se agregan al centro de la cavidad circular en 60 ms. (Imagen de SIBET)

Las partículas individuales con un diámetro de 10 μm alineadas en la matriz de cavidades se envían paso a paso al punto de detección, que puede usarse para la adquisición de espectros Reman altos. (Imagen de SIBET)

El chip se utiliza para capturar nanopartículas. (a). Imágenes de campo brillante de grupos de semillas antes de la captura de nanopartículas; Perlas huecas de poliestireno agregadas de 10 µm en cavidades circulares; (b). Imagen de fluorescencia de racimos de semillas; Como las partículas de semillas están vacías, no se ve nada. (C). Imágenes fluorescentes de nanopartículas fluorescentes verdes de 100 nm tomadas en la región del grupo de semillas. (Imagen de SIBET)

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