Engenheiros mecânicos da Duke University demonstraram um conjunto de protótipos para manipulação de partículas e células em uma placa de Petri usando ondas sonoras. Os dispositivos, conhecido na comunidade científica como "pinça acústica, "são a primeira incursão na fabricação desses tipos de ferramentas, que até agora foram relegados a laboratórios com equipamentos e conhecimentos específicos, disponível para uso em uma ampla variedade de configurações.

O artigo que descreve a tecnologia aparece online em 9 de setembro na revista Avanços da Ciência .

As pinças acústicas são um poderoso, conjunto versátil de ferramentas que usam ondas sonoras para manipular biopartículas que variam de vesículas extracelulares de tamanho nanométrico a organismos multicelulares de tamanho milimétrico. Nas últimas décadas, as capacidades das pinças acústicas se expandiram do simples aprisionamento de partículas à rotação e translação precisas de células e organismos em três dimensões.

"Avanços recentes levaram a muitos ferramentas versáteis, "disse Tony Jun Huang, o ilustre professor William Bevan de Engenharia Mecânica e Ciência dos Materiais, que trabalha na área há mais de uma década. "Contudo, no fim do dia, o sucesso deste campo depende se os usuários finais, como biólogos, Químicos ou clínicos estão dispostos a adotar essa tecnologia ou não. Este documento demonstra um passo em direção a um fluxo de trabalho muito mais amigável para tornar mais fácil para os usuários finais adotar essa tecnologia. "

Em sua primeira aplicação, pinças acústicas usaram ondas sonoras geradas de lados opostos de um chip microfluídico ou câmara para criar nós onde as células ou micropartículas são presas. Mover as frentes de onda das ondas sonoras através das superfícies opostas da câmara controlou a posição de uma partícula em duas dimensões, enquanto o ajuste das amplitudes das ondas sonoras pode empurrá-las ou puxá-las no terceiro.

Mais configurações avançadas já foram demonstradas, onde as ondas sonoras reverberam por toda a câmara fluídica. Por exemplo, dependendo da aplicação, padrões podem ser criados e alterados para separar e manipular várias partículas de uma vez, ou redemoinhos podem ser formados para concentrar um grupo de partículas.

Mas não importa o quão avançadas sejam suas habilidades, as pinças acústicas foram, portanto, relegadas a demonstrações de protótipos e laboratórios com equipamentos especializados; muito poucos biólogos adotaram essa tecnologia ainda.

"Nosso objetivo é preencher a lacuna entre as inovações acústicas e a bancada biológica / clínica, "disse Huang.

No papel, Huang e seus colegas demonstram três configurações de protótipo que usam transdutores para criar ondas sonoras que manipulam partículas na placa de cultura de células mais comum encontrada em laboratórios biomédicos - a placa de Petri.

No primeiro design, um conjunto de quatro transdutores, um de cada lado da placa de Petri, crie ondas sonoras que interagem umas com as outras para criar um padrão permanente dentro da amostra de líquido do prato. A configuração pode ser usada para padronização de células de várias configurações, estudos de interação célula-célula e a construção de tecidos 3-D.

O segundo projeto usa um transdutor inclinado enviando uma onda sonora angular de baixo da placa de Petri para criar um redemoinho que concentra o conteúdo da placa no centro. Essa capacidade permitiria aos pesquisadores concentrar biopartículas para o aumento do sinal e a construção de grandes esferóides de células.

Na configuração final, Transdutores holográficos interdigitais - dois transdutores encaixados juntos como um zíper - criam ondas semelhantes a feixes de alta frequência abaixo da placa de Petri para controlar partículas em locais específicos. Ao alternar entre designs diferentes, a configuração pode estimular células, bem como concentrar e aprisionar biopartículas.

Juntos, as configurações demonstram pinças acústicas fáceis de usar que podem manipular suavemente uma ampla variedade de células e partículas sem tocá-las ou rotulá-las. As aplicações potenciais incluem células de padronização e impressão, separando e classificando células, controlar as interações célula-célula, construção de tecidos e rotação de organismos multicelulares.

"O objetivo deste estudo foi duplicar algumas das funções anteriores de nossas pinças acústicas em placas de Petri, "disse Huang, que também fundou uma empresa para buscar a comercialização da tecnologia. "Nosso próximo objetivo é construir um único protótipo que realize todas as habilidades dessas três configurações, se não mais. "