Hervé Henry
Les ingénieurs biomédicaux de l’Université Duke ont développé une approche entièrement nouvelle pour construire des dispositifs de diagnostic au issue de company qui n’utilisent que la gravité pour transporter, mélanger et autrement manipuler les gouttelettes de liquide impliquées. La démonstration ne nécessite que des matériaux disponibles dans le commerce et très peu de puissance pour lire les résultats, ce qui en fait une choice potentiellement intéressante pour les apps dans les environnements à faibles ressources.
“L’élégance de cette approche réside dans sa simplicité – vous pouvez utiliser tous les outils dont vous disposez pour la faire fonctionner”, a déclaré Hamed Vahabi, ancien chercheur postdoctoral chez Duke, qui est maintenant ingénieur d’analyse principal chez GE Hitachi. “Vous pourriez théoriquement même simplement utiliser une scie à key et couper les canaux nécessaires au check dans un morceau de bois.”
L’étude menée dans le laboratoire d’Ashutosh Chilkoti, professeur émérite Alan L. Kaganov de génie biomédical à Duke, paraît en ligne le 11 juillet dans la revue Device.
Il ne manque pas de besoin d’appareils de stage de services simples et faciles à utiliser. De nombreuses démonstrations et appareils commerciaux cherchent à établir des diagnostics ou à mesurer des biomarqueurs importants en utilisant seulement quelques gouttes de liquide avec le moins de puissance et d’expertise requises que feasible. Leur objectif est d’améliorer les soins de santé pour les milliards de personnes vivant dans des milieux à faibles ressources, loin des hôpitaux traditionnels et des cliniciens qualifiés.
Tous ces checks ont les mêmes exigences de base ils doivent déplacer, mélanger et mesurer de petites gouttelettes contenant des échantillons biologiques et les ingrédients actifs qui permettent de mesurer des biomarqueurs spécifiques. Des exemples moreover coûteux utilisent de minuscules pompes électriques pour entraîner ces réactions. D’autres utilisent la physique des liquides au sein de microcanaux (microfluidique) qui créent une sorte d’effet de succion.
C’est la première démonstration qui n’utilise que la gravité. Chaque approche offre des capacités utiles uniques ainsi que des inconvénients.
“La plupart des dispositifs microfluidiques ont besoin de as well as que de simples forces capillaires pour fonctionner”, a déclaré Chilkoti. “Cette approche est beaucoup furthermore straightforward et permet également de concevoir et d’exploiter des chemins de fluides très complexes, ce qui n’est ni facile ni bon marché à faire avec la microfluidique.”
La nouvelle approche basée sur la gravité repose sur un ensemble de neuf revêtements de surface disponibles dans le commerce qui peuvent modifier la mouillabilité et la glissance à n’importe quel level de l’appareil. Autrement dit, ils peuvent ajuster la quantité de gouttelettes qui s’aplatissent en crêpes ou restent sphériques tout en leur permettant de glisser plus facilement ou in addition difficilement sur une pente.
Utilisés ensemble dans des combinaisons astucieuses, ces revêtements de surface area peuvent créer tous les éléments microfluidiques nécessaires à un test au point de service. Par exemple, si un endroit donné est extrêmement glissant et qu’une gouttelette est placée à une intersection où un côté tire le liquide à plat et l’autre le pousse en boule, cela agira comme une pompe et accélérera la gouttelette vers le leading.
“Nous avons proposé de nombreux éléments différents pour contrôler le mouvement, l’interaction, la synchronisation et la séquence de plusieurs gouttelettes dans l’appareil”, a déclaré Vahabi. “Tous ces phénomènes sont bien connus dans le domaine, mais personne n’avait pensé à les utiliser pour contrôler le mouvement des gouttelettes de manière systématique auparavant.”
En combinant ces éléments, les chercheurs ont créé un take a look at prototype pour mesurer les niveaux de lactate déshydrogénase (LDH) dans un échantillon de sérum humain. Ils ont creusé des canaux dans la plate-forme de examination pour créer des voies spécifiques pour le déplacement des gouttelettes, chacune recouverte d’une substance qui empêche les gouttelettes de coller tout au lengthy de leur parcours. Ils ont également amorcé des emplacements spécifiques avec des réactifs séchés nécessaires au examination, qui sont absorbés par des gouttelettes de resolution tampon easy lors de leur passage.
L’ensemble du examination en forme de labyrinthe est ensuite recouvert d’un couvercle contenant quelques trous dans lesquels l’échantillon et la resolution tampon sont versés. Une fois chargé, le exam est placé à l’intérieur d’un dispositif en forme de boîte avec une poignée qui tourne le take a look at de 90 degrés pour laisser la gravité faire son travail. Cet appareil est également équipé d’une very simple LED et d’un détecteur de lumière qui peut détecter rapidement et facilement la quantité de bleu, de rouge ou de vert dans les résultats du take a look at. Cela signifie que les chercheurs peuvent étiqueter trois biomarqueurs différents avec des couleurs différentes pour différents tests à mesurer.
Dans le cas de ce take a look at prototype LDH, le biomarqueur est étiqueté avec une molécule bleue. Un microcontrôleur very simple mesure la profondeur de la teinte bleue des résultats du exam et la rapidité avec laquelle il modify de couleur – ce qui indique la quantité et la focus de LDH dans l’échantillon – pour générer des résultats.
“Nous pourrions éventuellement utiliser un téléphone smart pour mesurer les résultats, mais ce n’est pas quelque chose que nous avons exploré dans cet posting spécifique”, a déclaré Jason Liu, candidat au doctorat au laboratoire Chilkoti.
La démonstration fournit une nouvelle approche à prendre en compte lors de la conception d’appareils de diagnostic peu coûteux et à faible consommation d’énergie. Bien que le groupe envisage de continuer à développer son idée, il espère également que d’autres en prendront take note et travailleront sur des exams similaires.
“Alors qu’un système microfluidique bien conçu peut être entièrement automatisé et facile à utiliser par des moyens passifs, la synchronisation des étapes discrètes est généralement programmée dans la conception de l’appareil lui-même, ce qui rend les modifications du protocole plus difficiles”, a ajouté David Kinnamon, un candidat au doctorat dans le groupe Chilkoti. “Dans ce travail, l’utilisateur conserve additionally de contrôle sur la synchronisation des étapes tout en ne sacrifiant que modestement la facilité d’utilisation. Encore une fois, c’est un avantage pour les protocoles as well as complexes.”
Ce travail a été soutenu par les National Institutes of Overall health (R01AI159992).
