Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han desarrollado una nueva técnica para la detección fotónica de velocidad extremadamente alta de las propiedades mecánicas de las partículas que fluyen libremente utilizando un resonador opto-mecano-fluido OMFR. Esta investigación potencialmente se abre completamente nueva"ejes de medición" mecánicos en micro / nanopartículas y biopartículas.
"Se sabe que enfermedades como el cáncer y la anemia pueden correlacionarse con las propiedades mecánicas de las células, como la compresibilidad y la viscoelasticidad, pero estas propiedades no se utilizan para el diagnóstico debido a la ausencia de herramientas con suficiente velocidad y sensibilidad para realizar la medición", explicóGaurav Bahl, profesor asistente de ciencias mecánicas e ingeniería en Illinois. "Debido a esto, tenemos una brecha sustancial de conocimiento y apenas hemos arañado la superficie de comprensión de cómo las enfermedades modifican las propiedades mecánicas de las células en nuestro cuerpo. Desarrollando conocimientoLa mecánica de las células y las biopartículas puede ayudarnos a comprender la movilidad de estos microobjetos en todo el cuerpo humano, sobre cómo se forman los tumores, sobre cómo las células y las bacterias pueden propagarse a través de nosotros, cómo se propagan las enfermedades y más ".
Los métodos de detección óptica de alta velocidad, como la citometría de flujo, se usan de manera rutinaria para el análisis de grandes poblaciones de partículas a través de mediciones de sus propiedades ópticas, con velocidades de análisis cercanas a 50,000 partículas / segundo. Los sensores ópticos, sin embargo, no pueden medir directamente ninguna mecánicapropiedades de las partículas como masa, densidad, compresibilidad, rigidez, etc.. Hasta ahora, los sensores mecánicos no se habían acercado a la velocidad de los citómetros de flujo óptico, lo que hace que las mediciones de rutina en poblaciones de células grandes simplemente no sean prácticas.
"En este estudio, nuestro objetivo era combinar las mejores características de la detección óptica, es decir, el ancho de banda y la sensibilidad extremadamente altos, con la detección mecánica que nos da la capacidad de medir las propiedades mecánicas", afirmó Kewen Han, candidato a doctorado y primer autordel artículo que aparece en la edición de junio de 2016 de óptica . "Para lograr esto, hemos desarrollado un nuevo dispositivo opto-mecánico microfluídico que detecta ópticamente las perturbaciones mecánicas creadas por micropartículas individuales que fluyen a través del canal fluídico a muy alta velocidad.
Utilizando levadura de panadería y dos tipos de microperlas, los investigadores exploraron las capacidades de detección de partículas del OMFR.
"La capacidad de detección multimodo del OMFR permite la medición de múltiples partículas con redundancia e indica un potencial futuro para la obtención de imágenes inerciales", dijo Han. "El sistema también detecta la pérdida de energía mecánica asociada con partículas individuales, probablemente relacionadas con las propiedades viscoelásticas del material blandoy pérdida de límite en la interfaz de partículas y líquido "
"Hemos demostrado que nuestra técnica es sensible a la densidad y compresibilidad de cada partícula individual a medida que pasa", agregó Bahl. "La partícula detectable más pequeña como se informa en este trabajo es de alrededor de 660 nm.
"Este trabajo presenta un nuevo enfoque para realizar una detección óptica resonantemente mejorada de partículas que fluyen libremente a través de la acción de fonones de largo alcance que se extienden entre las fases sólida y fluida del sensor y la muestra"
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Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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