Gouttelettes de transport d'ondes sonores pour dispositifs de laboratoire sur puce réinscriptibles

Les ingénieurs ont fait la démonstration d'un laboratoire sur puce microfluidique polyvalent qui utilise des ondes sonores pour créer des tunnels dans l'huile afin de manipuler et de transporter des gouttelettes sans contact. La technologie pourrait constituer la base d'une puce biomédicale à petite échelle, programmable et réinscriptible, entièrement réutilisable pour permettre des diagnostics sur site ou des recherches en laboratoire. Le système réalise un routage, un tri et une synchronisation réinscriptibles des gouttelettes avec un contrôle externe minimal, qui sont des fonctions essentielles pour le contrôle logique numérique des gouttelettes.

La manipulation automatisée des fluides a entraîné le développement de nombreux domaines scientifiques, tels que les diagnostics cliniques et le criblage de composés à grande échelle. Bien qu'omniprésents dans la recherche biomédicale moderne et les industries pharmaceutiques, ces systèmes sont volumineux, coûteux et ne gèrent pas bien les petits volumes de liquides.

Les systèmes de laboratoire sur puce ont pu combler cet espace dans une certaine mesure, mais la plupart sont gênés par un inconvénient majeur :l'absorption de surface. Étant donné que ces appareils reposent sur des surfaces solides, les échantillons transportés laissent inévitablement des traces qui peuvent entraîner une contamination. La nouvelle plate-forme de laboratoire sur puce utilise une fine couche d'huile inerte et non miscible pour empêcher les gouttelettes de laisser la moindre trace d'elles-mêmes. Juste en dessous de l'huile, une grille de transducteurs piézoélectriques vibre lorsque l'électricité les traverse. Tout comme la surface d'un subwoofer, ces vibrations créent des ondes sonores dans la fine couche d'huile qui les recouvre.

Ces ondes sonores forment des motifs complexes lorsqu'elles rebondissent sur le haut et le bas de la puce ainsi que lorsqu'elles se heurtent. En planifiant méticuleusement la conception des transducteurs et en contrôlant la fréquence et la force des vibrations provoquant les ondes, les chercheurs sont capables de créer des tourbillons qui, lorsqu'ils sont combinés, forment des tunnels qui peuvent pousser et tirer des gouttelettes dans n'importe quelle direction le long de la surface de l'appareil. .

Le nouveau système utilise des transducteurs à double mode qui peuvent transporter des gouttelettes le long d'un axe x ou y, sur la base de deux modèles de flux différents. En utilisant des transducteurs bimodes, les chercheurs ont pu déplacer des gouttelettes le long de deux axes tout en réduisant simultanément la complexité de l'électronique par quatre. Ils ont également pu réduire la tension de fonctionnement des transducteurs trois à sept fois plus faible qu'un système précédent, ce qui lui permettait de contrôler simultanément huit gouttelettes. Et en introduisant un microcontrôleur dans la configuration, les chercheurs ont pu programmer et automatiser une grande partie du mouvement des gouttelettes.

La capacité de contrôler les gouttelettes d'une manière similaire aux systèmes logiques trouvés sur une puce informatique est essentielle à une grande variété de procédures cliniques et de recherche. L'étape suivante consiste à combiner l'alimentation radiofréquence miniaturisée et la carte de contrôle pour une intégration à grande échelle et une planification dynamique.