Ранняя диагностика является ключом к успешному лечению многих заболеваний, но выявить ранние признаки проблемы часто сложно. Чтобы выявить первые предупреждающие признаки, врачи обычно должны сконцентрировать дефицитные белки, антитела или другие биомаркеры из небольших образцов жидкости организма пациента, чтобы обеспечить достаточный сигнал для обнаружения.
Сегодня есть много способов сделать это, но большинство из них дороги, отнимают много времени или слишком громоздки, чтобы использовать их в полевых условиях, и для них могут потребоваться подготовленные специалисты.
Инженеры Duke разрабатывают новое устройство, которое устраняет эти препятствия.
В новом исследовании ученые соединили небольшой акустический преобразователь со стеклянным цилиндром, чтобы создать водоворот, который может захватывать эти сигнальные о болезни наночастицы в своем водовороте.
Система показывает первые перспективы для новых диагностических устройств, поскольку она компактна, недорога, низкоэнергетична и не изменяет свойства загнанных в угол частиц.
Результаты будут опубликованы 25 января 2017 года в журнале American Chemical Society Nano.
«Диагностика влияет примерно на 70% решений в области здравоохранения», – сказал Тони Хуанг, профессор машиностроения и материаловедения в Duke. «Если мы сможем улучшить качество диагностики при одновременном снижении затрат, то мы сможем значительно улучшить всю систему здравоохранения."
Новая технология основана на вычислении и управлении эффектами двух сил, связанных со звуковыми волнами – акустического излучения и акустического потока.
Если вы когда-нибудь продували воздух через горлышко бутылки, чтобы создать тон, то вы знакомы с последним. Акустический поток – это то же явление, но наоборот, когда вибрирующее тело заставляет жидкость течь.
Акустическое излучение также легко визуализировать – представьте себе любой мультфильм, где гигантский громкоговоритель сбивает кого-то с ног. Хотя этот сценарий маловероятен без убийства, звук – это не что иное, как бегущая волна давления, и он толкает все, что встречается.
Устройства использовали это явление для концентрирования частиц и раньше, но оно само по себе не обеспечивает достаточной силы, когда частицы падают до наномасштаба.
В новом устройстве небольшой акустический преобразователь на 5 В создает стоячую звуковую волну, направленную на длинный тонкий стеклянный флакон. Поскольку флакон перпендикулярен звуковой волне, и поскольку команда Хуанга точно настроила их друг на друга, колебания в стакане создают стоячий вихрь вдоль оси флакона. Гидромассажная ванна всасывает любые частицы, взвешенные в тестовой жидкости, такие как частицы, извлеченные из образцов крови или мочи, в то время как акустическое излучение удерживает их там.
Согласно исследованию, флуоресцентные маркеры помогают сделать взвешенные наночастицы более заметными. Но в реальном диагностическом устройстве, по словам Хуанга, в этом не было бы необходимости.
«Моя цель – создать небольшое диагностическое устройство размером с сотовый телефон, которое может автономно отделять биомаркеры от образцов», – сказал Хуанг. «С помощью этой технологии вихря биомаркеры могут быть достаточно сконцентрированы, чтобы их можно было видеть с помощью простой камеры, такой как те, что используются в современных сотовых телефонах."
Теперь Хуанг планирует работать над другими компонентами такого устройства и сотрудничать с учеными Duke Health, чтобы протестировать новую технологию вихря в диагностике заболеваний.