Los ingenieros mecánicos de la Universidad de Duke han demostrado un conjunto de prototipos para manipular partículas y células en una placa de Petri utilizando ondas sonoras. Los dispositivos, conocido en la comunidad científica como "pinzas acústicas, "son la primera incursión en la fabricación de este tipo de herramientas, que hasta ahora han sido relegados a laboratorios con equipo y experiencia específicos, disponible para su uso en una amplia gama de entornos.

El artículo que describe la tecnología aparece en línea el 9 de septiembre en la revista Avances de la ciencia .

Las pinzas acústicas son un poderoso, conjunto versátil de herramientas que utilizan ondas sonoras para manipular biopartículas que van desde vesículas extracelulares de tamaño nanométrico hasta organismos multicelulares de tamaño milimétrico. Durante las últimas décadas, Las capacidades de las pinzas acústicas se han expandido desde la captura de partículas simplista hasta la rotación y traslación precisas de células y organismos en tres dimensiones.

"Los avances recientes han llevado a muchos herramientas versátiles, "dijo Tony Jun Huang, el Profesor Distinguido William Bevan de Ingeniería Mecánica y Ciencia de los Materiales, que ha estado trabajando en el campo durante más de una década. "Sin embargo, al final del día, el éxito de este campo depende de si los usuarios finales, como los biólogos, los químicos o los médicos están dispuestos a adoptar esta tecnología o no. Este documento demuestra un paso hacia un flujo de trabajo mucho más amigable para facilitar a los usuarios finales la adopción de esta tecnología ".

En su primera aplicación, Las pinzas acústicas usaban ondas sonoras generadas desde lados opuestos de un chip o cámara de microfluidos para crear nodos donde las células o micropartículas quedan atrapadas. Mover los frentes de onda de las ondas sonoras a través de las superficies opuestas de la cámara controlaba la posición de una partícula en dos dimensiones, mientras que ajustar las amplitudes de las ondas de sonido podría empujarlas o jalarlas en el tercero.

Desde entonces se han demostrado configuraciones más avanzadas, donde las ondas sonoras reverberan a lo largo de una cámara fluídica. Por ejemplo, dependiendo de la aplicación, los patrones se pueden crear y cambiar para separar y manipular múltiples partículas a la vez, o se pueden formar remolinos para concentrar un grupo de partículas.

Pero no importa cuán avanzadas sean sus habilidades, así, las pinzas acústicas han quedado relegadas a prototipos de demostraciones y laboratorios con equipamiento especializado; muy pocos biólogos han adoptado esta tecnología todavía.

"Nuestro objetivo es cerrar la brecha entre las innovaciones acústicas y la mesa de trabajo biológica / clínica, "dijo Huang.

En el papel, Huang y sus colegas demuestran tres configuraciones de prototipos que utilizan transductores para crear ondas de sonido que manipulan partículas en la placa de cultivo celular más común que se encuentra en los laboratorios biomédicos:la placa de Petri.

En el primer diseño, un juego de cuatro transductores, uno a cada lado de la placa de Petri, crean ondas de sonido que interactúan entre sí para crear un patrón de pie dentro de la muestra de líquido del plato. La configuración podría usarse para patrones de celdas de configuraciones múltiples, estudios de interacción célula-célula y construcción de tejidos 3-D.

El segundo diseño utiliza un transductor inclinado que envía una onda de sonido en ángulo desde debajo de la placa de Petri para crear un remolino que concentra el contenido de la placa en el centro. Esta capacidad permitiría a los investigadores concentrar biopartículas para mejorar la señal y la construcción de esferoides de células grandes.

En la configuración final, Los transductores interdigitales holográficos (dos transductores acoplados como una cremallera) crean ondas de alta frecuencia en forma de haz desde debajo de la placa de Petri para controlar las partículas en ubicaciones específicas. Al cambiar entre diferentes diseños, la configuración puede estimular las células, así como concentrar y atrapar biopartículas.

Juntos, las configuraciones demuestran pinzas acústicas fáciles de usar que pueden manipular suavemente una amplia variedad de células y partículas sin tocarlas ni etiquetarlas. Las aplicaciones potenciales incluyen patrones e impresión de celdas, separar y clasificar celdas, controlar las interacciones célula-célula, la construcción de tejidos y la rotación de organismos multicelulares.

"El propósito de este estudio fue duplicar algunas de las funciones anteriores de nuestras pinzas acústicas en placas de Petri, "dijo Huang, quien también ha cofundado una empresa para perseguir la comercialización de la tecnología. "Nuestro próximo objetivo es construir un único prototipo que se dé cuenta de todas las capacidades de estas tres configuraciones, si no más."