Профессор Эми Шен и члены ее команды из подразделения Micro / Bio / Nanofluidics в OIST сосредоточили свои усилия на использовании микрофлюидики в качестве инструмента для выявления законов и принципов, управляющих поведением сложных жидкостей в микроскопическом масштабе. Затем, на втором этапе, они используют эти открытия для непосредственного применения в здравоохранении и биотехнологиях.
Их недавние открытия можно найти в Журнале реологии Американского института физики.Характеристика поведения растворов полимеров в микроскопическом масштабе.Полимеры — это большие молекулы, состоящие из множества повторяющихся одинаковых единиц. Они вездесущи в повседневной жизни, составляя большинство используемых нами синтетических материалов, от тканей до резины и полистирола.
Растворы жидких полимеров можно найти во многих коммерческих предметах, от бытовых чистящих средств до красок. Но именно в микроскопическом масштабе растворы полимеров могут радикально улучшить диагностические инструменты.«Когда вы добавляете полимер к суспензии частиц в воде, вы запускаете новое явление в микрофлюидном канале», — объяснил д-р Дель Джудис. «Эти полимеры начинают действовать как пружины, толкая частицы или клетки в суспензии, толкая их к середине канала и способствуя их выравниванию».
Возможность размещать частицы или клетки внутри микроскопического канала представляет собой огромное улучшение для использования биосенсоров в диагностике здравоохранения. Полимерные растворы могут даже разделять и сортировать по размеру различные компоненты в сложной биологической жидкости — например, в крови, состоящей из клеток и агрегатов разных размеров — в одном микрожидкостном чипе.Но это явление сильно зависит от природы самого полимера.
Полимеру в разбавленном растворе требуется время, чтобы вернуться к своей исходной форме после его деформации потоком. Эта задержка, называемая временем релаксации, является критическим параметром, который необходимо измерить для описания поведения полимера. Сегодня современные методы измерения времени релаксации ограничены чувствительностью доступных коммерческих инструментов, которые способны измерять только относительно длительные времена релаксации, такие как время релаксации концентрированных растворов полимеров в больших объемах.В своей работе д-р Франческо Дель Джудиче и д-р Саймон Хавард разработали микрожидкостные устройства для наблюдения за деформацией и релаксацией полимеров в каналах шириной микрометра.
Эти платформы позволяют исследователям произвольно растягивать или сдвигать полимеры, используя малые объемы и низкие концентрации, и регистрировать реакции на эти силы. Таким образом, они могут характеризовать разбавленные полимерные жидкости даже с очень коротким временем релаксации и, таким образом, иметь гораздо лучшее представление об их поведении в микроскопическом масштабе.
Использование этих новых микрофлюидных инструментов позволит исследователям создать каталог различных полимерных жидкостей, времена релаксации которых известны. Имея в своем распоряжении такую базу данных, ученые могут выбрать полимер, подходящий для выравнивания и / или разделения молекул в биологической жидкости, которую они хотят изучить внутри своего чипа. «Таким образом, понимание полимерных решений позволит вам создать платформу с высокой пропускной способностью на чипе, состоящем из нескольких различных модулей, каждый из которых выполняет разные анализы», — добавил д-р Дель Джудис.