Les scientifiques avaient l'habitude d'effectuer des expériences en remuant des agents biologiques et chimiques dans des tubes à essai.

De nos jours, ils automatisent la recherche en utilisant des puces microfluidiques de la taille de timbres-poste. Dans ces petits appareils, des millions de particules microscopiques sont capturées dans des gouttelettes d'eau, chaque gouttelette servant de "tube à essai" pour une seule expérience. La puce canalise ces nombreuses gouttelettes, un à la fois, à travers un minuscule canal où un laser sonde chaque gouttelette qui passe pour enregistrer des milliers de résultats expérimentaux chaque seconde.

Ces puces sont utilisées pour des choses telles que tester de nouveaux antibiotiques, criblage de composés médicamenteux, le séquençage de l'ADN et de l'ARN de cellules individuelles, et autrement accélérer le rythme des découvertes scientifiques.

Le problème, cependant, est que les gouttelettes se dirigeant vers l'extrémité étroite de l'entonnoir peuvent se congestionner et entrer en collision, rompre d'une manière qui peut entacher les expériences, tout comme briser des tubes à essai dans le bon vieux temps. "C'est un problème de circulation, comme plusieurs voies de voitures essayant de se faufiler à travers un péage, " dit Sindy Tang, professeur agrégé de génie mécanique à la Stanford School of Engineering.

Mais son laboratoire a récemment montré comment il était possible de rendre les expériences microfluidiques beaucoup plus efficaces en plaçant près de la base de l'entonnoir de minuscules "cercles de circulation" qui amènent les gouttelettes à s'aligner de manière ordonnée afin qu'elles puissent zoomer dans le système avec beaucoup moins de collisions. .

Dans un article publié en Actes de l'Académie nationale des sciences qui détaille la découverte, elle et son équipe, dirigé par l'ancienne étudiante diplômée en ingénierie de Stanford, Alison Bick, a noté que les ruptures de gouttelettes se produisaient mille fois moins fréquemment dans le système de rond-point par rapport aux puces microfluidiques sujettes à la congestion d'aujourd'hui. Les chercheurs ont découvert que l'emplacement des ronds-points était la variable cruciale. Les ronds-points trop éloignés de la sortie de l'entonnoir n'ont aucun effet sur la rupture. Les ronds-points trop proches de la sortie finissent par provoquer plus d'"accidents, " collisions et ruptures.

"Il y a un endroit idéal dans le placement des obstacles qui minimise la réduction des ruptures et des collisions dans le flux de gouttelettes, ", a déclaré Tang. L'utilisation de ronds-points correctement situés pourrait entraîner une augmentation de 300 % de l'efficacité expérimentale.

La technologie pourrait conduire à un moyen plus rapide de cribler les composés médicamenteux, ainsi que de nombreux autres avantages. Par exemple, cela pourrait être utile en impression 3D car certaines imprimantes 3D fonctionnent de manière similaire :elles forcent des gouttes de plastique ou d'un autre matériau à base d'émulsion à travers une buse fine à grande vitesse pour construire des structures petit à petit, et couche par couche. Dans cette application, un système permettant de réduire la fréquence des collisions pourrait assurer que des gouttes de taille uniforme sortent de la buse afin de former correctement la structure.

"Cette découverte a des applications qui s'étendent au-delà de la recherche à d'autres systèmes impliquant des interactions entre de nombreux corps de taille similaire, des agrégations de cellules biologiques aux foules de personnes, " dit Tang.