La clasificación de partículas es fundamental para la investigación biológica y médica, aunque los métodos existentes no pueden clasificar partículas de gran tamaño mediante una clasificación de alto rendimiento. En un nuevo informe, Y. Kasai y un equipo de investigación en Japón, Alemania y Polonia presentaron un nuevo método de clasificación en chip basado en vórtices de viaje generados por flujos de microjet a pedido. El método permitió una clasificación de alto rendimiento utilizando un sistema de activación para la detección fluorescente para clasificar perlas de 160 micrómetros y polen fósil purificado de los sedimentos de los lagos. El método mejoró el logro de cronologías de polen fósil para registros paleoambientales de archivos sedimentarios. El método tiene aplicaciones transversales en genómica, metabolómica y medicina regenerativa. Abrirá nuevas oportunidades para el uso del polen en geocronología, paleoecología y paleoclimatología. El trabajo ahora está publicado en Avances de la ciencia .

Clasificación celular en el laboratorio

La clasificación de células activadas por fluorescencia (FACS) es un método fundamental en biología, medicamento, ciencia vegetal y agricultura. El método puede permitir a los investigadores detectar y clasificar diversas partículas fluorescentes biogénicas, incluidas las celdas de alto rendimiento, basado en múltiples propiedades físicas y químicas, incluido el tamaño, morfología y fluorescencia. Hay dos tipos básicos de dispositivos FACS que utilizan diferentes métodos de clasificación; un clasificador de partículas convencional que se basa en la generación de aerosoles y un clasificador de partículas en chip que no se basa en la generación de aerosoles para clasificar las partículas en un chip de microfluidos. FACS es un método innovador en paleoecología y paleoclimatología para concentrar y purificar microfósiles para reconstruir los cambios ambientales y climáticos pasados ​​para las interacciones entre el ser humano y el medio ambiente.

En este trabajo, Kasu y col. presentó un método de clasificación de partículas en chip capaz de procesar partículas grandes a través de vórtices de viaje espaciotemporales generados por una demanda, flujo de microjet de pequeño volumen para superar localmente las condiciones laminares. Primero, los investigadores analizaron y determinaron experimentalmente el rendimiento de la generación de vórtices itinerantes. Próximo, probaron el tiempo de respuesta y la longitud clasificable del control de flujo basado en vórtices para un alto rendimiento, clasificación de partículas grandes. Después de eso, Verificaron el método de clasificación de partículas grandes de alto rendimiento utilizando microperlas fluorescentes y luego realizaron pruebas en depósitos de lagos antiguos pretratados para comprender la capacidad del método para clasificar el polen fósil. En el último paso experimental, también utilizaron técnicas de datación por carbono con espectrometría de masas con acelerador (AMS).

Principios de funcionamiento del sistema de clasificación en chip.

A continuación, el equipo describió los principios de funcionamiento del sistema de clasificación en chip. Antes de ordenar, introdujeron la suspensión de partículas a través de la entrada de la muestra utilizando una bomba de presión. Próximo, enfocaron las partículas en el centro del microcanal principal usando flujos de vaina horizontales y verticales de un enfocador de celda 3D hidrodinámico. Las partículas enfocadas fluyeron al área de clasificación, mientras que las partículas no objetivo se dirigieron a un canal de desechos. Cuando los científicos detectaron una partícula objetivo, lo enviaron a los actuadores piezoeléctricos para activar las bombas de membrana en chip y generar un flujo de microjet empujando y tirando de las bombas de membrana. El flujo del chorro generó un vórtice móvil inmediatamente detrás de la pared del microcanal principal. Los científicos clasificaron continuamente las partículas objetivo mediante la activación de empujar / tirar de las bombas de membrana en el chip. Kasu y col. A continuación, estudió el efecto de la velocidad del chorro de aire para el desplazamiento de partículas utilizando COMSOL Multiphysics. Luego, los investigadores verificaron experimentalmente el efecto de la velocidad del chorro en la generación de vórtices. Los voltajes de entrada más altos conducen a un mayor desplazamiento del actuador piezoeléctrico y los tiempos de subida más cortos conducen a una actuación más rápida. Usando una configuración experimental, luego demostraron que el flujo de chorro rápido generó con éxito un vórtice en el microcanal en 100 microsegundos, mientras que el flujo de chorro lento no lo hizo.

Prueba de perfil de flujo y rendimiento de clasificación mediante microperlas.

A continuación, el equipo analizó la relación entre el tiempo de respuesta y la longitud clasificable del control de flujo propuesto basado en vórtices. Para visualizar el perfil de flujo, Kasu y col. utilizó un flujo de muestra enfocado en 3D con microperlas no fluorescentes de 200 nm. El método de control de flujo en chip propuesto basado en vórtices de entrenamiento tiene potencial para controlar una gran longitud clasificable de hasta 520 µm con actuación de alta velocidad de 5 kHz. El resultado representó el principal avance técnico de la configuración en comparación con el clasificador de desarrollo anterior diseñado para partículas más pequeñas. Para comprender el rendimiento del método de clasificación propuesto, Kasu y col. llevó a cabo una clasificación en chip de alta velocidad con microperlas fluorescentes de 160 µm tan grandes, partículas estandarizadas. Durante este experimento, utilizaron alcohol desnaturalizado para visualizar el flujo de clasificación. Para observar el flujo principal, introdujeron solución de sorbitol, lo que también ayudó a reducir la velocidad de sedimentación de las microperlas. Las microperlas viajaron directamente hacia el punto de detección para su descubrimiento, y un vórtice que viaja generado en la configuración, permitió el desplazamiento y la detección de microperlas en el canal de interés superior o inferior. A diferencia de, microperlas no fluorescentes viajaron al canal de desechos sin verse afectadas por los vórtices en movimiento. El equipo analizó el rendimiento de la clasificación en chip en relación con la tasa de éxito, pureza y rendimiento máximo. Luego contaron el número de partículas objetivo y clasificaron las partículas no objetivo en los archivos de video grabados para mostrar el efecto de la clasificación en chip de alta velocidad de partículas fluorescentes grandes.

Prueba de concepto:clasificación de polen fósil

El equipo probó la aplicabilidad del método de clasificación en chip de partículas grandes recientemente desarrollado para concentrar y purificar el polen fósil. Para lograr esto, utilizaron dos muestras de sedimentos de lagos glaciares del lago Suigetsu y del lago Biwa. Antes de clasificar la muestra, los científicos pretrataron física y químicamente la muestra para eliminar la mayor cantidad de partículas que no sean de polen, manteniendo al mínimo el esfuerzo y los gastos laborales. El equipo clasificó las partículas no polen y de esporas en las muestras clasificadas como desechos orgánicos no identificados. incluidos los restos de fibras vegetales y microorganismos, debido a sus diferentes propiedades de fluorescencia al polen. Para evaluar la precisión del concentrado de polen purificado por el método de clasificación en chip, Kasu y col. conducido ¹⁴ C data en los extractos. Los resultados revelaron que la edad de tres de ellos estaba estadísticamente de acuerdo con las cronologías existentes en las edades de referencia.

De este modo, Y. Kasai y sus colegas presentaron un método de clasificación capaz de clasificar la mayoría de los taxones de polen desde los tipos más pequeños hasta los tipos grandes de hasta 170 µm con un alto rendimiento. El trabajo permite una concentración eficiente de polen fósil de cualquier depósito sedimentario para ¹⁴ C datación u otras aplicaciones analíticas. Este es un gran logro, en comparación con un clasificador de partículas convencional. Sin embargo, el método está limitado por su incapacidad para distinguir el polen reelaborado del polen no reelaborado durante ¹⁴ Citas. Usando concentrados de polen de alta pureza clasificados por el nuevo clasificador en chip, Kasu y col. presentó un enfoque valioso para superar el problema. El clasificador es compatible con diversos métodos en biomedicina con aplicaciones potenciales para obtener concentrados de alta pureza para análisis de isótopos estables y ADN antiguo para explorar nuevas vías en diversos campos de investigación.

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