Ученые ИТМО открыли новое явление – боковую силу отдачи, которая воздействует на частицы нестандартной формы в звуковом поле. Новая сила позволяет с большей эффективностью извлекать из крови или других жидкостей клетки определенной формы: например, продолговатые тромбоциты или сферические лейкоциты. Наука будет полезна для создания новых, точных и доступных методов диагностики различных болезней. опубликованы в журнале Physical Review Applied и отмечены редакторами журнала Physics Magazine.
Акустическими пинцетами можно манипулировать разными объектами: например, захватывать и сортировать клетки для диагностики, анализировать ДНК на чипе в лаборатории или управлять потоками жидкости при изготовлении растворов. Чаще всего акустические пинцеты применяют для работы с небольшими симметричными частицами шарообразной формы из-за простоты захвата и удерживания.
Учёные ИТМО обнаружили новый вид акустической силы — боковую силу отдачи. Открытие объясняет, как акустические волны действуют на объекты сложной формы несимметричной конструкции. Боковая сила отдачи возникает, когда частица наклонена под определенным углом к акустическим волнам и крутящему моменту, вращающему частицу. При определенных условиях крутящий момент становится равным нулю — в это время несимметричный объект прекращает вращение и стабильно поднимается в акустическом поле.
Боковая сила отдачи напоминает движение лодки под парусом. На неё сбоку действует ветер, и она перемещается по направлению ветра, но под некоторым углом из-за раздувающихся парусов. В открытом эффекте частицу вверх толкает не ветер, а акустическая волна из динамика. Однако боковая сила отдачи заставляет объект подниматься и вращаться. Чтобы движение частицы было стабильным, мы определили условия, при которых на неё не действует крутящий момент, и она поднимается под постоянным углом наклона. Поскольку боковая сила отдачи воздействует на несимметричные объекты, предлагаем использовать разработку для сортировки биообъектов сложных, несимметричных форм. Автор статьи, ведущий научный сотрудник физического факультета ИТМО Михаил Петров, дал объяснение.
Новый метод позволяет выделять из крови или другой жидкости клетки определенной формы: например, продолговатые тромбоциты или сферические лейкоциты. Это обеспечивает более точную диагностику и поиск заранее заданных биологических клеток-маркеров в жидкости. Разработка ИТМО также позволит снизить стоимость диагностики болезней. В отличие от существующих подходов, метод не требует перестройки лабораторного оборудования и может быть интегрирован в готовые устройства, например микрофлюидные чипы.
Для сортировки биообъектов и частиц создаются микрофлюидные наноструктуры – сеть каналов, напоминающая фильтр пылесоса. По каналам протекают частицы разного размера, застревая, если окажутся больше канала. Для повышения эффективности фильтрации добавляют вторую силу. Например, с помощью акустического поля можно разделять частицы по размеру и материалу. Предлагается обращать внимание на геометрическую форму биообъектов: метод позволяет отделять продолговатые эритроциты от сферических лейкоцитов. На частоте около 230 МГц акустическая волна создает боковую силу отдачи, воздействующую на вытянутые эритроциты, а симметричные лейкоциты испытывают только продольную силу давления. В итоге эритроциты дрейфуют наверх, а лейкоциты продолжают движение в жидкости. Планируется провести серию экспериментов для проверки предположений. Инженер физического факультета ИТМО Михаил Смагин отметил это.
Исследование поддержано программой «Приоритет 2030».
Пресс-служба Университета ИТМО предоставила информацию.
Источник фото: ru.123rf.com