Émulsions blindées, chacun d'environ un demi-millimètre de longueur et contenant du colorant alimentaire bleu pour la visibilité, développé par des bio-ingénieurs et des mathématiciens de l'UCLA. Crédit :Di Carlo Research Group/UCLA
Si vous avez déjà secoué une bouteille de vinaigrette mélangée à de l'huile et du vinaigre, vous avez temporairement créé une émulsion. Cependant, cet état est temporaire, et les deux composants se séparent bientôt. Mais, Et si vous pouviez créer une émulsion stable dans laquelle toutes les minuscules gouttelettes restent longtemps à une taille uniforme ? Les bio-ingénieurs et mathématiciens de l'UCLA ont fait exactement cela, inventant les toutes premières émulsions « blindées ».
L'armure se présente sous la forme de minuscules coupes souples en forme de U, environ un demi-millimètre de longueur. Avec un extérieur hydrophobe (déperlant) et un intérieur hydrophile (attirant l'eau), chaque particule en forme de U capture une gouttelette de fluide résultant en une émulsion qui reste intacte après le mélange. La technologie ouvre de nouvelles voies dans la production pharmaceutique et chimique, la recherche biologique et le diagnostic.
Une étude détaillant la recherche a été récemment publiée dans Avancées scientifiques .
"Ce sont comme de minuscules tubes à essai, mais des milliers de fois plus petits que ceux actuellement utilisés dans les laboratoires, " a déclaré le responsable de l'étude Dino Di Carlo, professeur de bio-ingénierie à l'UCLA Samueli School of Engineering et Armond et Elena Hairapetian professeur d'ingénierie et de médecine à l'UCLA.
"Contrairement aux tubes à essai traditionnels, ceux-ci se remplissent automatiquement pour contenir un volume de fluide de la taille d'une seule cellule. Et comme ils sont de taille uniforme, ils sont idéaux pour effectuer des réactions chimiques répétables. Il s'agit d'une exigence fondamentale en recherche biologique et en diagnostic de santé."
Les images montrant le volume peuvent être conservées pendant plusieurs jours à l'intérieur de tasses en forme de U qui mesurent chacune environ un demi-millimètre de longueur. Une réduction lente du volume des gouttes est probablement due à la dissolution de l'eau dans la phase huileuse et à l'évaporation au fil du temps. Crédit :Di Carlo Research Group/UCLA
En collaboration avec Andrea Bertozzi, un éminent professeur de mathématiques à l'UCLA et le professeur Betsy Wood Knapp pour l'innovation et la créativité, l'équipe a d'abord créé des modèles mathématiques décrivant comment la géométrie et les propriétés de surface de chaque tasse interagissent avec les fluides pour maintenir des volumes uniformes. Les gobelets en forme de U sont fabriqués à l'aide d'une nouvelle approche d'impression 3D à micro-échelle précédemment développée par le groupe de recherche de Di Carlo.
"C'est l'une des applications les plus intéressantes des surfaces minimales en géométrie que j'ai vues depuis longtemps, " dit Bertozzi, dont l'équipe a d'abord utilisé une méthode numérique appliquée pour simuler des pavages de volume en 3D afin d'étudier les configurations de volume optimales pour les particules.
Les particules permettent à des réactions chimiques de se produire simultanément sur de nombreuses cellules individuelles. Les cellules peuvent être maintenues en vie à l'intérieur de l'émulsion et identifiées pour une caractéristique souhaitée, comme une production élevée d'enzymes ou d'anticorps, ou la résistance à un médicament. En raison des minuscules volumes de liquide piégés, les produits des réactions d'un petit nombre de cellules ou de molécules peuvent s'accumuler à des niveaux élevés en quelques heures plutôt qu'en quelques jours. Ces capacités peuvent être importantes pour accélérer la découverte de nouveaux médicaments et accélérer les diagnostics de santé, comme pour les infections bactériennes ou les maladies cardiovasculaires.
En plus de conférer une stabilité à long terme à l'émulsion, les particules en forme de U pourraient introduire une gamme d'autres propriétés physiques et biochimiques. La chimie de surface des particules peut être modifiée pour capturer des marqueurs cibles spécifiques de la maladie. En outre, la forme des particules fournit une méthode unique d'identification de chaque réaction, semblable à un code à barres inscrit sur le côté d'un tube à essai. Un autre article récent du groupe, qui a été publié dans Laboratoire sur puce , augmente le nombre de formes de particules possibles.
"Nous pensons que cette nouvelle approche" laboratoire sur particule " est prometteuse de dépasser les précédents systèmes " laboratoire sur puce " en éliminant le besoin de systèmes de pompage et de contrôle complexes, " Di Carlo a déclaré. " La fabrication et l'utilisation des émulsions blindées sont à la fois assez faciles avec des équipements de laboratoire courants comme les pipettes et les centrifugeuses. Cela pourrait permettre à davantage de laboratoires de recherche dans le monde de mener des recherches percutantes sans investissement important en équipement. »
