L'onde sonore permet la sensation d'entendre, et est un moyen important de communiquer dans le monde animal. En physique, le son est considéré comme une vibration mécanique qui peut se propager dans les gaz, liquides et solides. Une équipe de recherche de l'Université de technologie et de design de Singapour (SUTD), dirigé par le professeur adjoint Dr Ye Ai, étudie les interactions entre les ultrasons (au-delà de la limite audible de l'audition humaine) et des objets de la taille du micron (par exemple des cellules biologiques) en suspension dans des solutions aqueuses. L'équipe de recherche du Dr Ai a récemment mis au point une technologie de tri au niveau d'une seule cellule très précise utilisant un faisceau d'ondes sonores hautement focalisé (50 m de large environ ¼ du diamètre d'un seul cheveu humain). Cette nouvelle technologie de manipulation cellulaire permet un isolement très précis de populations de cellules rares dans des échantillons biologiques complexes. Plus concis, il offre la possibilité de trouver une seule cellule sur un million.

Analyse monocellulaire, par exemple la capacité d'examiner les mutations de l'ADN au niveau d'une seule cellule, est essentiel pour évaluer l'hétérogénéité génétique des cancers chez différents patients, et détient ainsi un grand potentiel d'avancement vers la médecine de précision pour le traitement du cancer. La clé de la mise en œuvre de l'analyse cellulaire unique est la capacité d'isoler des cellules individuelles à partir d'échantillons biologiques très hétérogènes. Selon une récente analyse de marché menée par Markets and Markets Research Pte Ltd, la taille du marché mondial du tri cellulaire est de 3,57 milliards USD en 2016 et devrait atteindre 7,89 milliards USD d'ici 2021 avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 17,2 %. L'Asie devrait être le marché à la croissance la plus rapide au cours des cinq prochaines années en raison de l'augmentation des investissements gouvernementaux dans la biotechnologie et le secteur de la santé.

Actuellement, le tri et l'isolement des populations de cellules rares sont généralement effectués à l'aide d'un système de tri cellulaire activé par fluorescence (FACS), une technologie développée il y a près de 60 ans. Cependant, les systèmes FACS actuels sont complexes, volumineux, et cher, nécessitant un personnel hautement qualifié pour le fonctionnement, et peut produire des aérosols biodangereux dans des environnements ouverts. La technologie microfluidique capable de manipuler les cellules avec précision a un grand potentiel pour réinventer la technologie de tri cellulaire de nouvelle génération.

Dans cette recherche, L'équipe du Dr Ai a conçu et construit un système de tri acoustique comprenant un canal microfluidique jetable, un générateur d'ondes sonores réutilisable et un module de détection de fluorescence. Les cellules cibles avec des marqueurs fluorescents spécifiques à leurs biomarqueurs de surface peuvent être reconnues par le module de détection de fluorescence. Lors de la détection d'une seule cellule cible, le système active le générateur d'ondes sonores pour produire un faisceau d'ondes sonores pulsées hautement focalisées qui peut rapidement dévier la cellule cible vers la sortie de collecte. Le faisceau d'ondes sonores d'une largeur de 50 µm est très localisé, permettant un tri précis au niveau de la cellule unique.

Chercheur principal, Le Dr Ai a déclaré :« Par rapport aux systèmes FACS conventionnels, les mérites de cette technologie de tri cellulaire incluent un mécanisme de tri sensiblement simplifié qui réduit la taille de l'instrument, réduit sa complexité et diminue considérablement les coûts. Non seulement que, mais il permet également un tri au niveau d'une seule cellule plus précis et ne laisse aucun dommage sur les cellules cibles car les ondes sonores sont beaucoup plus douces que les champs électriques largement utilisés dans les systèmes FACS conventionnels. »

Cette nouvelle technologie de tri cellulaire a été publiée dans Laboratoire sur puce , une revue de premier plan axée sur la recherche sur des dispositifs et des applications innovants à l'échelle micro et nanométrique. Deux étudiants diplômés du SUTD (Zhichao Ma et Yinning Zhou) et un chercheur postdoctoral (David Collins) ont participé à ce projet.

L'équipe du Dr Ai a développé et démontré un système prototype de laboratoire entièrement fonctionnel, et recherche actuellement des subventions pour commercialiser cette technologie en tant qu'instrument de paillasse qui a une large application dans la recherche biologique, diagnostic clinique et thérapeutique cellulaire.