p A classificação de partículas é fundamental para a pesquisa biológica e médica, embora os métodos existentes sejam incapazes de classificar partículas de grande porte por meio de classificação de alto rendimento. Em um novo relatório, Y. Kasai e uma equipe de pesquisa no Japão, A Alemanha e a Polônia apresentaram um novo método de classificação no chip baseado em vórtices viajantes gerados por fluxos de microjatos sob demanda. O método permitiu a classificação de alto rendimento usando um sistema de ativação para detecção fluorescente para classificar 160 micrômetros e pólen fóssil purificado de sedimentos de lagos. O método possibilitou a obtenção de cronologias de pólen fóssil para registros paleoambientais de arquivos sedimentares. O método tem aplicações interdisciplinares em genômica, metabolômica e medicina regenerativa. Isso abrirá novas oportunidades para o uso do pólen em geocronologia, paleoecologia e paleoclimatologia. O trabalho agora está publicado em Avanços da Ciência . p Classificação de células no laboratório

p A classificação de células ativadas por fluorescência (FACS) é um método fundamental em biologia, Medicina, ciência das plantas e agricultura. O método pode permitir que os pesquisadores detectem e classifiquem diversas partículas fluorescentes biogênicas, incluindo células em alto rendimento, com base em várias propriedades físicas e químicas, incluindo tamanho, morfologia e fluorescência. Existem dois tipos básicos de dispositivos FACS que usam métodos de classificação diferentes; um classificador de partículas convencional que depende da geração de aerossol e um classificador de partículas no chip que não depende da geração de aerossol para classificar as partículas em um chip microfluídico. FACS é um método inovador em paleoecologia e paleoclimatologia para concentrar e purificar microfósseis para reconstruir as mudanças ambientais e climáticas passadas para as interações homem-ambiente.

p Nesse trabalho, Kasu et al. apresentou um método de classificação de partículas no chip capaz de processar grandes partículas por meio de vórtices de viagem espaço-temporal gerados por um sistema on-demand, fluxo de microjet de pequeno volume para exceder localmente as condições laminares. Primeiro, os pesquisadores analisaram e determinaram experimentalmente o desempenho da geração de vórtices viajantes. Próximo, eles testaram o tempo de resposta e o comprimento classificável do controle de fluxo baseado em vórtice para alto rendimento, classificação de partículas grandes. Depois disso, eles verificaram o método de classificação de partículas grandes de alto rendimento usando microesferas fluorescentes e, em seguida, executaram testes em depósitos de lagos antigos pré-tratados para compreender a capacidade do método de classificar pólen fóssil. Na etapa experimental final, eles também usaram técnicas de datação por carbono de espectrometria de massa de acelerador (AMS).

p Princípios de funcionamento do sistema de classificação no chip.

p A seguir, a equipe descreveu os princípios de funcionamento do sistema de classificação no chip. Antes de classificar, eles introduziram a suspensão de partículas através da entrada de amostra usando uma bomba de pressão. Próximo, eles focalizaram as partículas no centro do microcanal principal usando fluxos de bainha horizontal e vertical de um focalizador de células 3D hidrodinâmico. As partículas focalizadas fluíram para a área de classificação, enquanto as partículas não-alvo foram direcionadas para um canal de resíduos. Quando os cientistas detectaram uma partícula alvo, eles o enviaram para os atuadores piezoelétricos para acionar as bombas de membrana no chip e gerar um fluxo de microjet empurrando e puxando as bombas de membrana. O fluxo do jato gerou um vórtice viajante imediatamente atrás da parede do microcanal principal. Os cientistas classificaram continuamente as partículas alvo via acionamento push / pull das bombas de membrana no chip. Kasu et al. em seguida, estudou o efeito da velocidade do jato de fluxo para o deslocamento de partículas usando o COMSOL Multiphysics. Os pesquisadores então verificaram experimentalmente o efeito da velocidade do jato na geração de vórtices. Tensões de entrada mais altas levam a um deslocamento maior do atuador piezoelétrico e tempos de subida mais curtos levam a uma atuação mais rápida. Usando uma configuração experimental, eles então mostraram que o fluxo de jato rápido gerou com sucesso um vórtice no microcanal em 100 microssegundos, enquanto o fluxo lento do jato não.

p Perfil de fluxo e teste de desempenho de classificação usando microesferas.

p Em seguida, a equipe analisou a relação entre o tempo de resposta e o comprimento classificável do controle de fluxo baseado em vórtice proposto. Para visualizar o perfil de fluxo, Kasu et al. usou fluxo de amostra focado em 3D com microesferas não fluorescentes de 200 nm. O método de controle de fluxo no chip proposto com base em vórtices de treinamento tem potencial para controlar um grande comprimento classificável de até 520 µm com atuação em alta velocidade de 5 kHz. O resultado representou o principal avanço técnico da configuração em comparação com o classificador de desenvolvimento anterior, projetado para partículas menores. Para entender o desempenho do método de classificação proposto, Kasu et al. conduziu a classificação no chip de alta velocidade com microesferas fluorescentes de 160 µm tão grandes, partículas padronizadas. Durante esta experiência, eles usaram álcool desnaturado para visualizar o fluxo de classificação. Para observar o fluxo principal, eles introduziram solução de sorbitol, o que também ajudou a reduzir a velocidade de sedimentação das microesferas. As micropérolas viajaram diretamente para o ponto de detecção para descoberta, e um vórtice viajante gerado na configuração, permitiu a mudança e detecção de microesferas no canal de interesse superior ou inferior. Em contraste, microesferas não fluorescentes viajaram para o canal de resíduos sem serem afetadas por vórtices viajantes. A equipe analisou o desempenho da classificação no chip em relação à taxa de sucesso, pureza e rendimento máximo. Eles então contaram o número de partículas-alvo e classificaram as partículas não-alvo nos arquivos de vídeo gravados para mostrar o efeito da classificação em alta velocidade no chip de grandes partículas fluorescentes.

p Prova de conceito - classificação de pólen fóssil

p A equipe testou a aplicabilidade do recém-desenvolvido método de classificação de grandes partículas no chip para concentrar e purificar o pólen fóssil. Para conseguir isso, eles usaram duas amostras de sedimentos de lagos glaciais do lago Suigetsu e do lago Biwa. Antes de classificar a amostra, os cientistas pré-trataram física e quimicamente a amostra para remover o maior número possível de partículas não-pólen, ao mesmo tempo em que mantém o esforço e as despesas de trabalho no mínimo. A equipe classificou as partículas não-pólen e de esporos nas amostras classificadas como detritos orgânicos não identificados, incluindo os restos de fibras vegetais e microorganismos, devido às suas diferentes propriedades de fluorescência ao pólen. Para avaliar a precisão do concentrado de pólen purificado pelo método de classificação no chip, Kasu et al. conduzido ¹⁴ C datação nos extratos. Os resultados revelaram que a idade de três deles está estatisticamente de acordo com as cronologias existentes nas idades de referência.

p Panorama

p Desta maneira, Y. Kasai e colegas apresentaram um método de classificação capaz de classificar a maioria dos taxa de pólen dos menores tipos aos grandes tipos de até 170 µm em alto rendimento. O trabalho permite concentração eficiente de pólen fóssil de qualquer depósito sedimentar para ¹⁴ C datação ou outras aplicações analíticas. Esta é uma conquista revolucionária, quando comparado a um classificador de partículas convencional. O método é, no entanto, limitado por sua incapacidade de distinguir pólen retrabalhado de pólen não retrabalhado durante ¹⁴ Namoro C. Usando concentrados de pólen altamente puros classificados pelo novo classificador no chip, Kasu et al. apresentou uma abordagem valiosa para superar o problema. O classificador é compatível com vários métodos em biomedicina com aplicações potenciais para obter concentrados altamente puros para isótopos estáveis ​​e análises de DNA antigo para explorar novos caminhos em diversos campos de pesquisa. p © 2021 Science X Network