p Uma nova técnica inventada no MIT pode medir as posições relativas de partículas minúsculas à medida que fluem através de um canal fluídico, potencialmente oferecendo uma maneira fácil de monitorar a montagem de nanopartículas, ou para estudar como a massa é distribuída dentro de uma célula. p Com mais avanços, esta tecnologia tem o potencial de resolver a forma de objetos em fluxo tão pequenos quanto vírus, dizem os pesquisadores.

p A nova técnica, descrito na edição de 12 de maio de Nature Communications , usa um dispositivo desenvolvido pela primeira vez por Scott Manalis e colegas do MIT em 2007. Esse dispositivo, conhecido como ressonador de microcanal suspenso (SMR), mede as massas das partículas à medida que fluem por um canal estreito.

p O sensor de massa original consiste em um microcanal cheio de fluido gravado em um pequeno cantilever de silício que vibra dentro de uma cavidade a vácuo. Conforme as células ou partículas fluem através do canal, um por vez, sua massa altera ligeiramente a frequência de vibração do cantilever. As massas das partículas podem ser calculadas a partir dessa mudança na frequência.

p Neste estudo, os pesquisadores queriam ver se poderiam obter mais informações sobre uma coleção de partículas, como seus tamanhos individuais e posições relativas.

p "Com o sistema anterior, quando uma única partícula flui, podemos medir sua massa flutuante, mas não recebemos nenhuma informação sobre se é muito pequeno, partícula densa, ou talvez um grande, partícula não tão densa. Pode ser um filamento longo, ou esférico, "diz o estudante Nathan Cermak, um dos principais autores do artigo.

p O pós-doutorado Selim Olcum também é o principal autor do artigo; Manalis, o professor Andrew e Erna Viterbi nos departamentos de Engenharia Biológica e Engenharia Mecânica do MIT, e membro do Koch Institute for Integrative Cancer Research do MIT, é o autor sênior do artigo.

p Muitas frequências

p Para obter informações sobre a distribuição em massa, os pesquisadores aproveitaram o fato de que cada cantilever, muito parecido com uma corda de violino, tem muitas frequências ressonantes nas quais pode vibrar. Essas frequências são conhecidas como modos.

p A equipe do MIT descobriu uma maneira de vibrar o cantilever em muitos modos diferentes simultaneamente, e medir como cada partícula afeta a frequência de vibração de cada modo em cada ponto ao longo do ressonador. A soma cumulativa desses efeitos permite aos pesquisadores determinar não apenas a massa, mas também a posição de cada partícula.

p "Todos esses modos diferentes reagem de maneira diferente à distribuição de massa, para que possamos extrair as mudanças nas frequências de modo e usá-las para calcular onde a massa está concentrada dentro do canal, "Olcum diz.

p As partículas fluem ao longo de todo o cantilever em cerca de 100 milissegundos, portanto, um avanço importante que permitiu aos pesquisadores fazer medições rápidas em cada ponto ao longo do canal foi a incorporação de um sistema de controle conhecido como loop de bloqueio de fase (PLL). Este tem um oscilador interno que ajusta sua própria frequência para corresponder à frequência de um modo de ressonador, que muda conforme as partículas fluem.

p Cada modo de vibração tem seu próprio PLL, que responde a quaisquer mudanças na frequência. Isso permite aos pesquisadores medir rapidamente quaisquer alterações causadas por partículas que fluem através do canal.

p Nesse artigo, os pesquisadores rastrearam duas partículas à medida que fluíam através de um canal juntas, e mostraram que podiam distinguir as massas e posições de cada partícula conforme ela fluía. Usando quatro modos vibracionais, o dispositivo pode atingir uma resolução de cerca de 150 nanômetros. Os pesquisadores também calcularam que, se pudessem incorporar oito modos, eles poderiam melhorar a resolução para cerca de 4 nanômetros.

p Imagem de massa de alta resolução

p Este avanço pode ajudar a impulsionar o desenvolvimento de uma técnica conhecida como imagem inercial, que faz uso de vários modos de vibração para criar a imagem de um objeto enquanto ele está em um ressonador nanomecânico.

p A imagem inercial pode permitir que os cientistas visualizem partículas muito pequenas, como vírus ou moléculas individuais. "A detecção de massa multimodo foi anteriormente limitada a ambientes de ar ou vácuo, onde os objetos devem ser anexados ao ressonador. A capacidade de atingir isso dinamicamente em fluxo abre possibilidades empolgantes, "Manalis diz.

p A nova tecnologia MIT pode permitir imagens inerciais de alta velocidade à medida que as células fluem através de um canal.

p "A tecnologia de nanocanais suspensos desenvolvida pelo grupo Manalis é notável, "diz Michael Roukes, um professor de física, física aplicada, e bioengenharia na Caltech, que é pioneira no desenvolvimento de imagens inerciais, mas não fez parte deste estudo.

p "A aplicação de nossa abordagem para o monitoramento simultâneo da posição e massa dos analitos fluídicos abre muitas novas possibilidades, "Roukes diz." A extensão de seus esforços para empregar totalmente nosso método recentemente desenvolvido de imagem inercial também permitirá a caracterização da forma dos analitos, além de sua massa e posição, à medida que fluem através dos nanocanais. "

p O laboratório de Manalis também está usando a nova técnica para estudar como as densidades das células mudam à medida que passam por constrições. Isso poderia ajudá-los a entender melhor como as células cancerosas se comportam mecanicamente à medida que metastatizam, o que requer espremer em pequenos espaços. Eles também estão usando a abordagem PLL para aumentar o rendimento, operando muitos cantilevers em um único chip. p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.