Manipulation très douce, les articles délicats sans les endommager sont assez durs avec des mains humaines, sans parler de le faire à l'échelle microscopique avec des instruments de laboratoire. Trois nouvelles études montrent comment les scientifiques ont perfectionné une technique de manipulation de minuscules, particules molles utilisant des flux de fluides contrôlés avec précision qui agissent comme des mains microscopiques douces. La technique permet aux chercheurs de tester les limites physiques de ces particules molles et de ce qui en est fait, des tissus biologiques aux assouplissants.

Les trois études, dirigé par Charles Schroeder de l'Université de l'Illinois, le boursier de la faculté Ray et Beverly Mentzer en génie chimique et biomoléculaire, détailler la technologie et l'application du piège de Stokes, une méthode de manipulation de petites particules en utilisant uniquement un écoulement de fluide. Dans la dernière étude, publié dans la revue Matière molle , l'équipe a utilisé le piège de Stokes pour étudier la dynamique des vésicules, des particules spongieuses remplies de liquide qui sont des versions simplifiées des cellules et qui ont un rapport direct avec les systèmes biologiques, les chercheurs ont dit. Ceci fait suite à deux études récentes dans les revues Liquides d'examen physique et Examen physique appliqué qui a élargi la puissance de la méthode de piégeage.

"Il existe plusieurs autres techniques disponibles pour manipuler les petites particules, comme la méthode de piège optique largement utilisée et lauréate du prix Nobel qui utilise des lasers soigneusement alignés pour capturer les particules, " a déclaré Dinesh Kumar, un étudiant diplômé en génie chimique et biomoléculaire et auteur principal de deux des études. "Le piège de Stokes offre plusieurs avantages par rapport aux autres méthodes, y compris la facilité de mise à l'échelle pour étudier plusieurs particules et la capacité de contrôler l'orientation et les trajectoires de particules de différentes formes telles que des tiges ou des sphères. »

Armé de la technologie de piège Stokes améliorée, l'équipe s'est attachée à comprendre la dynamique des vésicules lipidiques lorsqu'elles sont loin de leur état d'équilibre normal.

"Nous avons voulu comprendre ce qu'il advient de ces particules lorsqu'elles sont entraînées dans un fort flux, " a déclaré Schroeder. " Dans les applications du monde réel, ces matériaux sont étirés lorsqu'ils interagissent les uns avec les autres; ils sont traités, injectés et subissant en permanence des contraintes qui conduisent à des déformations. La façon dont ils agissent lorsqu'ils se déforment a des implications importantes sur leur utilisation, stabilité et aptitude au traitement à long terme."

"Nous avons constaté que lorsque les vésicules sont déformées dans un fort flux, ils s'étirent dans l'une des trois formes distinctes :haltère symétrique, forme asymétrique d'haltère ou d'ellipsoïde, " Kumar a déclaré. "Nous avons observé que ces transitions de forme sont indépendantes de la différence de viscosité des fluides entre l'intérieur et l'extérieur des vésicules. Cela démontre que le piège de Stokes est un moyen efficace de mesurer la dynamique d'étirement des matériaux mous en solution et loin de l'équilibre."

Avec leurs nouvelles données, l'équipe a pu produire un diagramme de phase qui peut être utilisé par les chercheurs pour déterminer comment certains types d'écoulement de fluide influenceront la déformation et, finalement, les propriétés physiques des particules molles lorsqu'elles sont tirées à partir de différentes directions d'écoulement.

"Par exemple, les produits comme les assouplissants, qui sont composés de suspensions de vésicules, ne fonctionnent pas correctement lorsqu'ils s'agglutinent, " dit Kumar. " En utilisant le piège de Stokes, nous pouvons déterminer quels types d'interactions de particules provoquent l'agrégation des vésicules, puis concevoir un matériau plus performant. »

La technique est actuellement limitée par la taille des particules que le piège de Stokes peut capter et manipuler, les chercheurs ont dit. Ils travaillent avec des particules généralement supérieures à 100 nanomètres de diamètre, mais pour que cette technologie s'applique plus directement aux systèmes biologiques, ils devront être capables de saisir des particules de 10 à 20 nanomètres de diamètre, voire jusqu'à une seule protéine.

L'équipe travaille actuellement à capturer des particules plus petites et collabore avec des collègues de l'Université de Stanford pour appliquer le piège de Stokes pour étudier les protéines membranaires.