La manipulación de objetos pequeños como células individuales o granos nanométricos requiere con frecuencia un equipo relativamente grande y difícil de manejar, pero ahora un sistema que utiliza sonido como unas pequeñas pinzas pueden ser lo suficientemente pequeño como para colocarlo en un chip, según los ingenieros de Penn State
«Entre los métodos actuales para mover células individuales o pequeñas esferas están los dispositivos tales como las pinzas ópticas, que requieren una gran cantidad de energía y pueden dañar o incluso matar a las células vivas», dijo Tony Jun Huang, profesor auxiliar de ciencias de ingeniería y mecánica. «Las pinzas acústicas son mucho más pequeñas que las pinzas ópticas y utilizan 500.000 veces menos energía.»
IMAGEN: Patrones dinámicos de cuentas de poliestireno (diámetro de 1,9 micras) ubicadas por medio de la tecnología de 'pinzas acústicas'. La longitud de las ondas acústicas aplicadas fue de 200 micrómetros y la intensidad de energía fue de 2.000 vatios por metro cuadrado
Mientras que las pinzas ópticas son grandes y caras, las pinzas acústicas son más pequeñas que una moneda, lo suficientemente pequeñas como para fabricarlas en un chip usando técnicas estándar de fabricación de estos componentes. También se pueden manipular células vivas, sin dañarlas o matarlas.
Las pinzas acústicas se diferencian de una pinza del tipo para depilar cejas en que ponen en posición muchos objetos pequeños de manera simultánea y los colocan equidistantes entre sí, ya sea en líneas paralelas o en una cuadrícula. Probablemente, la configuración en red es más útil para aplicaciones en biología, donde los investigadores pueden colocar células madre en una rejilla para hacer pruebas o células de la piel en una cuadrícula para hacer crecer piel nueva. Esto permite a los investigadores ver cómo crece cualquier tipo de célula.
IMAGEN: Las 'pinzas acústicas' dan flexibilidad en la manipulación de chips y ubicación de células en patrones usando ondas acústicas de superficie
«Las pinzas acústicas no sólo son útiles en biología», dijo Huang. «Se pueden utilizar en física, química y ciencias de los materiales para crear patrones de nanopartículas para revestimientos o para grabar superficies».
Si dos fuentes de sonido se colocan una frente a la otra y cada una emite la misma longitud de onda de sonido, habrá un lugar donde los sonidos opuestos se cancelan mutuamente. Esta ubicación se puede considerar un canal. Debido a que las ondas sonoras tienen presión, pueden empujar objetos muy pequeños, por lo que una celúla, o nanopartícula, se mueve con la onda de sonido hasta que llega al valle, donde ya no hay movimiento. La partícula o célula se detendrá y «caerá» en el canal.
Si el sonido proviene de dos fuentes paralelas de sonido frente a frente, las depresiones forman una línea o una serie de líneas. Si las fuentes de sonido están perpendiculares entre sí, las depresiones forman filas y columnas espaciadas de manera uniforme, como un tablero de ajedrez. Aquí, también, las partículas son empujadas hasta que llegan al lugar donde el sonido ya no está en movimiento.
En la foto se ven patrones dinámicos de glóbulos rojos de especie bovina (de 5,8 micrómetros de diámetro) formados por pinzas de tecnología acústica. La longitud de onda de las de ondas acústicas aplicadas fue de 100 micrómetros
Las pinzas acústicas se hacen fabricando un transductor interdigital en las superficie de un chip piezoeléctrico. Estos transductores son la fuente del sonido. A continuación, utilizando fotolitografía estándar, se crean microcanales en los que una pequeña cantidad de líquido dende están las células o las partículas se puede mover libremente. Estos microcanales se adjuntan al chip para crear el área para el movimiento de las partículas.
Para probar su dispositivo, los investigadores, Jinjie Shi, Daniel Aguirre y SZ-Chin Steven Lin, estudiantes de posgrado de ciencia y ingeniería mecánica; Xiaole Mao, estudiante de posgrado en bioingeniería, y Aitan Lawit, licenciatura en ciencias de ingeniería y mecánica, utilizaron microesferas de poliestireno verde fluorescente de alrededor de 1,9 micrómetros de diámetro. Luego utilizaron glóbulos rojos de vaca y bacterias unicelulares E. coli para poner a prueba la pinza acústica.
«Los resultados demuestran la versatilidad de nuestra técnica, ya que los dos grupos de células difieren significativamente tanto en la forma (bolas esféricas frente en forma de barra de E. coli) como en el tamaño», informaron los investigadores en un número reciente de Lab on a Chip. Ellos señalan que la performance del patrón es independiente de la energía eléctrica de la partícula, y de sus propiedades magnéticas y ópticas.
«La mayoría de las células o partículas se acomodaron en unos pocos segundos», dijo Huang. «La energía utilizada es muy baja y las pinzas acústicas no deberían dañar a las células en absoluto. Debido a que tienen propiedades diferentes, las pinzas acústicas también podrían separar las células vivas de las muertas, o diferentes tipos de partículas».
Las tecnología de pinzas acústicas tiene ventajas significativas sobre las tecnologías existentes, debido a su versatilidad, la miniaturización, el consumo de energía y las sencillez técnica. Huang espera que se convierta en una herramienta poderosa para muchas aplicaciones, tales como la ingeniería de tejidos, los estudios de las células y la detección y descubrimiento de drogas.
Fuente: EurekAlert. Aportado por Eduardo J. Carletti
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