Dans de nombreuses maladies comme le paludisme ou le cancer, les cellules sanguines et corporelles malades et saines diffèrent par leur degré de dureté. Maintenant, ils peuvent être facilement séparés les uns des autres par un nouvel effet physique. Dans le processus, Le flux à travers les microcanaux garantit que les cellules se séparent en flux de cellules plus dures et plus molles. Cela a maintenant été découvert par une équipe de recherche internationale dirigée par le physicien de Bayreuth, le professeur Dr. Walter Zimmermann. Dans la revue Lettres d'examen physique , les scientifiques présentent leurs découvertes fondamentales et démontrent leur potentiel pour des applications médicales.

Les microcanaux ont des diamètres minuscules compris entre 10 et 500 micromètres. Lorsque les cellules sanguines, les cellules du corps ou les capsules molles dans l'écoulement d'un liquide aqueux sont conduites à travers de tels tubes à parois droites, ils sont mis en mouvement de rotation par le flux. De cette façon, ils se déplacent vers le centre du tube comme vers une ligne d'attraction imaginaire (« attracteur »). Cette ligne devient alors le chemin le long duquel toutes les particules se déplacent, quelle que soit leur dureté ou leur taille. Des équipes de recherche des universités de Bayreuth et de Grenoble ont trouvé l'explication de ce phénomène il y a plusieurs années :le facteur décisif ici est que les particules molles changent de forme sous l'influence des conditions de pression et d'écoulement à l'intérieur du tube. « Nous étions donc curieux de voir comment se comportent les particules molles lorsqu'elles migrent dans les écoulements qui naissent dans des microcanaux à parois ondulées. Ces tubes sont de forme symétrique, car ils ont un axe longitudinal rectiligne, mais leur diamètre devient alternativement plus petit et plus grand. Il n'avait jamais été étudié auparavant comment les mouvements migratoires des particules changent dans ces conditions, " rapporte Zimmermann.

Un nouveau projet des deux groupes de recherche de Bayreuth et Grenoble et du Centre de recherche de Jülich a aujourd'hui abouti à des résultats surprenants :dans les tubes à parois ondulées, non seulement il y a une ligne d'attraction au milieu du tube, mais deux autres lignes d'attraction se forment également. Ceux-ci sont parallèles aux murs, entre le milieu du tube et les deux parois, et sont également en forme de vague. Les capsules plus molles se déplacent vers le centre du tube dans le flux, et continuent leur chemin le long de cet axe longitudinal. Capsules plus dures, d'autre part, sont détournés vers les lignes d'attraction ondulées.

« Sur la base de cette découverte physique fondamentale, nous voulions savoir si des applications pour la médecine pouvaient être dérivées, et ont étudié le comportement des globules rouges plus durs et plus mous, " dit Winfried Schmidt M.Sc., doctorant dans le programme d'études d'élite de physique biologique à Bayreuth. Il existe de nombreuses maladies, comme le paludisme, cancer ou diabète sucré, qui modifient la dureté des globules rouges. Selon la maladie, les cellules sanguines malades sont soit plus dures soit plus molles que les cellules sanguines saines. Il s'est avéré que dans tous ces cas, les cellules malades et saines peuvent être séparées en utilisant cette même procédure simple :elles voyagent dans le microcanal vers différentes lignes d'attraction et peuvent être collectées séparément à l'extrémité du tube. De cette façon, il sera probablement possible de tirer des conclusions sur la gravité d'une maladie ainsi que sur d'autres caractéristiques.

D'autres applications potentielles découlent du fait que non seulement plus dur et plus doux, mais aussi des particules molles plus grandes et plus petites peuvent être séparées de cette manière :Les particules plus petites se déplacent le long de l'axe longitudinal, alors que les particules plus grosses suivent l'ondulation, lignes d'attraction externes.

Les résultats maintenant publiés sont un exemple de l'ampleur de la recherche fondamentale en physique menée par les ordinateurs et les mainframes modernes. "Nous avons obtenu nos résultats grâce à des considérations théoriques et des calculs ainsi que grâce à des simulations informatiques. Lettres d'examen physique , l'une des principales revues de physique au monde, trouvé notre étude si convaincante qu'elle a été acceptée pour publication même sans tests expérimentaux, " dit le premier auteur Matthias Laumann M.Sc., doctorat étudiant à l'Université de Bayreuth. "Nous serions ravis si notre publication stimulait des expériences dans lesquelles d'autres groupes de recherche découvriraient d'autres applications potentielles passionnantes, à la fois dans le domaine de la médecine et au-delà, " ajoute Zimmermann.