Transport de gouttelettes piloté par ondes acoustiques pour dispositifs Lab-on-a-Chip réinscriptibles

Des ingénieurs ont démontré un lab-on-a-chip microfluidique polyvalent qui utilise des ondes sonores pour créer des tunnels dans l'huile afin de manipuler et transporter des gouttelettes sans contact. La technologie pourrait former la base d'une puce biomédicale programmable, réinscriptible, à petite échelle, complètement réutilisable pour permettre des diagnostics sur site ou de la recherche en laboratoire. Le système réalise un routage, un tri et un gating 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 stimulé le développement de nombreux domaines scientifiques, tels que le diagnostic clinique et le criblage de composés à grande échelle. Bien qu'ubiquistes 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 lab-on-a-chip ont pu combler cet espace dans une certaine mesure, mais la plupart sont entravés par un inconvénient majeur : l'absorption de surface. Parce que ces dispositifs reposent sur des surfaces solides, les échantillons transportés laissent inévitablement des traces d'eux-mêmes qui peuvent mener à la contamination. La nouvelle plateforme lab-on-a-chip utilise une fine couche d'huile inerte et non miscible pour empêcher les gouttelettes de laisser derrière elles toute trace d'elles-mêmes. Juste en dessous de l'huile, une grille de transducteurs piézoélectriques vibre lorsque l'électricité y passe. Tout comme la surface d'un subwoofer, ces vibrations créent des ondes sonores dans la fine couche d'huile au-dessus d'elles.

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 les unes aux autres. En planifiant méticuleusement la conception des transducteurs et en contrôlant la fréquence et la force des vibrations causant les ondes, les chercheurs sont capables de créer des tourbillons qui, combinés, forment des tunnels pouvant pousser et tirer les gouttelettes dans n'importe quelle direction le long de la surface du dispositif.

Le nouveau système utilise des transducteurs à double mode qui peuvent transporter les gouttelettes le long d'un axe x ou y, basé sur deux motifs de flux différents. En utilisant des transducteurs à double mode, les chercheurs ont pu déplacer les gouttelettes le long de deux axes tout en réduisant simultanément la complexité de l'électronique de quatre fois. Ils ont également pu réduire la tension de fonctionnement des transducteurs de trois à sept fois par rapport à un système précédent, ce qui a permis 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 pour une grande variété de procédures cliniques et de recherche. La prochaine étape est de combiner l'alimentation radiofréquence miniaturisée et la carte de contrôle pour l'intégration à grande échelle et la planification dynamique.