Le nouvel appareil à remous acoustique avec un sou pour l'échelle. Le transducteur acoustique crée un tourbillon dans le long, chose, tube capillaire bleu qui concentre efficacement les nanoparticules. Crédit :Université Duke
Les ingénieurs mécaniciens de l'Université Duke ont fait la démonstration d'un minuscule tourbillon capable de concentrer des nanoparticules en utilisant uniquement du son. L'innovation pourrait recueillir des protéines et d'autres structures biologiques à partir du sang, échantillons d'urine ou de salive pour les futurs appareils de diagnostic.
Un diagnostic précoce est essentiel pour traiter avec succès de nombreuses maladies, mais repérer les premiers indicateurs d'un problème est souvent difficile. Pour repérer les premiers signes avant-coureurs, les médecins doivent généralement concentrer les protéines rares, des anticorps ou d'autres biomarqueurs provenant de petits échantillons de fluide corporel d'un patient pour fournir un signal suffisant pour la détection.
Bien qu'il existe de nombreuses façons d'y parvenir aujourd'hui, la plupart sont chers, chronophage ou trop encombrant à emporter sur le terrain, et ils pourraient nécessiter des experts qualifiés. Les ingénieurs de Duke s'affairent à développer un nouvel appareil qui s'attaque à ces obstacles.
Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont associé un petit transducteur acoustique à un cylindre de verre pour produire un tourbillon capable de capturer ces nanoparticules signalant une maladie dans son vortex. Le système est très prometteur pour les nouveaux appareils de diagnostic car il est compact, peu coûteux, basse énergie et n'altère pas les propriétés des particules encerclées.
Les résultats apparaissent en ligne le 25 janvier 2017, dans la revue Société chimique américaine Nano .
Un échantillon de particules de 500 nanomètres en solution. Dans l'image du haut, le dispositif d'hydromassage acoustique s'est éteint. L'image du bas montre que lorsque l'appareil est allumé, les nanoparticules sont concentrées au point de devenir visibles sous la forme d'une ligne sombre au centre de la chambre. Crédit :Université Duke
« Le diagnostic a un impact sur environ 70 % des décisions en matière de soins de santé, " a déclaré Tony Huang, professeur de génie mécanique et de science des matériaux à Duke. « Si nous pouvons améliorer la qualité du diagnostic tout en réduisant ses coûts, alors nous pouvons considérablement améliorer l'ensemble du système de santé."
La nouvelle technologie repose sur le calcul et la manipulation des effets des deux forces associées aux ondes sonores :le rayonnement acoustique et la diffusion acoustique. Si vous avez déjà soufflé de l'air sur le dessus d'une bouteille pour créer un son, alors vous êtes familier avec ce dernier. Le streaming acoustique est le même phénomène mais à l'envers, où un corps vibrant induit un fluide à s'écouler.
Le rayonnement acoustique est également facile à visualiser - pensez à n'importe quel dessin animé où un haut-parleur géant fait tomber quelqu'un des pieds. Bien qu'il soit peu probable que ce scénario se produise sans tuer quelqu'un, le son n'est rien de plus qu'une onde de pression progressive, et il pousse sur tout ce qu'il rencontre. Des appareils ont déjà utilisé ce phénomène pour concentrer des particules, mais il ne fournit pas assez de force à lui seul une fois que les particules tombent à l'échelle nanométrique.
Dans le nouvel appareil, un petit, Le transducteur acoustique de 5 volts crée une onde sonore stationnaire dirigée vers un long, flacon en verre fin. Parce que le flacon est perpendiculaire à l'onde sonore, et parce que l'équipe de Huang a précisément accordé les deux l'un à l'autre, les vibrations dans le verre créent un vortex permanent le long de l'axe du flacon. Le bain à remous aspire toutes les particules en suspension dans le liquide de test, telles que celles extraites d'échantillons de sang ou d'urine, tandis que le rayonnement acoustique les maintient là.
Les nanoparticules étiquetées avec des marqueurs fluorescents pour les rendre plus faciles à voir sont concentrées dans une colonne par un nouveau dispositif de tourbillon acoustique. Crédit :Université Duke
Dans l'étude, les marqueurs fluorescents aident à rendre les nanoparticules en suspension plus visibles. Mais dans un appareil de diagnostic réel, Huang dit que ce ne serait pas nécessaire.
"Mon objectif est de créer un petit appareil de diagnostic de la taille d'un téléphone portable capable de séparer de manière autonome les biomarqueurs des échantillons, " a déclaré Huang. "Avec cette technologie vortex, les biomarqueurs pourraient alors être suffisamment concentrés pour être vus avec un simple appareil photo comme ceux que l'on trouve dans les téléphones portables d'aujourd'hui."
Huang envisage maintenant de travailler sur d'autres composants d'un tel appareil, et de collaborer avec des scientifiques de Duke Health pour tester la nouvelle technologie vortex dans le diagnostic des maladies.
