(PhysOrg.com) -- Les chercheurs développent de nouvelles technologies qui combinent un laser et des champs électriques pour manipuler des fluides et de minuscules particules telles que des bactéries, virus et ADN pour une gamme d'applications potentielles, de la fabrication de médicaments à la sécurité alimentaire.

Les technologies pourraient apporter des capteurs et des dispositifs d'analyse innovants pour des applications "laboratoires sur puce", ou des instruments miniatures qui effectuent des mesures nécessitant normalement de gros équipements de laboratoire, a déclaré Steven T. Wereley, un professeur de génie mécanique de l'Université Purdue.

La méthode, appelé "manipulation optoélectrique hybride en microfluidique, " est un nouvel outil potentiel pour des applications telles que le diagnostic médical, tester la nourriture et l'eau, criminalistique sur les lieux du crime, et la fabrication de produits pharmaceutiques.

« Il s'agit d'une technologie de pointe qui s'est développée au cours de la dernière décennie à partir de la recherche dans une poignée d'universités, " dit Aloke Kumar, un Wigner Fellow et membre du personnel du Laboratoire national d'Oak Ridge.

Il est l'auteur principal d'un article sur la technologie présenté en couverture du numéro du 7 juillet de Laboratoire sur puce magazine, publié par la Royal Society of Chemistry. L'article a également été signalé par la publication comme un "article HOT" et a été rendu libre d'accès.

L'article est écrit par Wereley; Kumar; Stuart J. Williams, un professeur assistant de génie mécanique à l'Université de Louisville; Han-Sheng Chuang, professeur adjoint au Département de génie biomédical de l'Université nationale Cheng Kung ; et Nicolas G. Green, chercheur à l'Université de Southampton.

"Un aspect très important est que nous avons réalisé une intégration de technologies qui permet la manipulation à travers un spectre d'échelle de longueur très large, ", a déclaré Kumar. "Cela nous permet de manipuler non seulement des objets de grande taille comme des gouttelettes, mais également de minuscules molécules d'ADN à l'intérieur des gouttelettes en utilisant une technique combinée. Cela peut grandement améliorer l'efficacité des capteurs de laboratoire sur puce."

Kumar, Williams et Chuang sont d'anciens doctorants de Purdue qui ont travaillé avec Wereley. Une grande partie de la recherche a été basée au Birck Nanotechnology Center au Purdue's Discovery Park.

Les technologies sont prêtes pour certaines applications, y compris les diagnostics médicaux et les échantillons environnementaux, dit Williams.

« Il y a deux axes principaux dans les applications, " at-il dit. " Le premier est la micro- et nanofabrication et le second est les capteurs de laboratoire sur puce. Ce dernier a démontré des applications biologiquement pertinentes au cours des deux dernières années, et son expansion dans ce domaine est immédiate et continue."

La technologie fonctionne en utilisant d'abord un laser rouge pour positionner une gouttelette sur une plate-forme spécialement fabriquée à Purdue. Prochain, un laser infrarouge hautement focalisé est utilisé pour chauffer les gouttelettes, puis les champs électriques font circuler le liquide chauffé dans un "vortex microfluidique". Ce vortex est utilisé pour isoler des types spécifiques de particules dans le liquide en circulation, comme une microcentrifugeuse. Les concentrations de particules reproduisent la taille, l'emplacement et la forme du motif laser infrarouge.

"Ça marche très vite, " a déclaré Wereley. " Il faut moins d'une seconde pour que les particules répondent et soient retirées de la solution. "

Les systèmes utilisant l'approche optoélectrique hybride peuvent être conçus pour détecter avec précision, manipuler et dépister certains types de bactéries, y compris des souches particulières qui rendent les métaux lourds moins toxiques.

"Nous tournons pour des applications biologiques, comme l'assainissement des eaux souterraines, " Wereley a déclaré. "Même au sein de la même souche de bactéries, certains sont bons à la tâche et d'autres non, et cette technologie permet d'éliminer efficacement ces bactéries des autres. Les bactéries pourraient être injectées dans le sol contaminé. Vous semez le sol avec les bactéries, mais vous devez d'abord trouver un moyen économique de le séparer."

Les chercheurs de Purdue poursuivent également la technologie pour la fabrication pharmaceutique, il a dit.

"Ces types de technologies sont doués pour être très dynamiques, ce qui signifie que vous pouvez décider en temps réel de saisir toutes les particules d'une taille ou d'un type et de les mettre quelque part, " Wereley a déclaré. "Ceci est important pour le domaine de la pharmacie, car un certain nombre de médicaments sont fabriqués à partir de particules solides en suspension dans un liquide. Les particules doivent être collectées et séparées du liquide."

Ce processus se fait maintenant à l'aide de filtres et de centrifugeuses.

"Une centrifugeuse fait le même genre de chose mais c'est global, il crée une force sur chaque particule, considérant que cette nouvelle technologie ne peut spécifiquement isoler que certaines particules, " Wereley a dit. " Nous pouvons, dire, collecter toutes les particules d'un micron de diamètre ou éliminer tout ce qui dépasse deux microns, afin que vous puissiez sélectionner dynamiquement les particules que vous souhaitez conserver."

La technologie peut également être utilisée comme un outil pour la nanofabrication car elle est prometteuse pour l'assemblage de particules en suspension, appelés colloïdes. La capacité de construire des objets avec des colloïdes permet de créer des structures avec des caractéristiques mécaniques et thermiques particulières pour fabriquer des appareils électroniques et de minuscules pièces mécaniques. Les applications de nanofabrication sont dans au moins cinq ans, il a dit.

La technologie peut également être utilisée pour apprendre les forces électrocinétiques fondamentales des molécules et des structures biologiques, ce qui est difficile à faire avec les technologies existantes.

« Ainsi, il existe également des applications scientifiques très fondamentales de ces technologies, " a déclaré Kumar.