Группа исследователей ИТМО совершила прорывное открытие, обнаружив уникальное физическое явление — боковую силу отдачи, воздействующую на частицы асимметричной формы в акустическом поле. Это инновационное достижение открывает новые возможности для эффективного выделения клеток определенной формы из кровяной плазмы и других биологических жидкостей, включая вытянутые тромбоциты и круглые лейкоциты. Данная технология значительно улучшит и удешевит современные методы медицинской диагностики.
Современные акустические пинцеты представляют собой многофункциональный инструмент, позволяющий осуществлять различные манипуляции с микрообъектами. Их применяют для сортировки клеток в диагностических целях, проведения ДНК-анализа в лабораторных условиях и контроля жидкостных потоков при создании растворов. До настоящего времени эти устройства преимущественно использовались для работы с симметричными сферическими частицами из-за простоты их захвата и удержания.
Научная группа ИТМО совершила качественный прорыв, исследуя новый тип акустического воздействия. Это открытие раскрывает механизм взаимодействия акустических волн с объектами неправильной формы. Явление боковой силы отдачи возникает при специфическом наклоне частицы относительно акустических волн и действующего на нее вращательного момента. В определенных условиях вращательный момент нейтрализуется, что позволяет несимметричному объекту стабильно подниматься в акустическом поле.
Михаил Петров, ведущий научный сотрудник физического факультета ИТМО, проводит интересную аналогию: «Представьте себе парусное судно — ветер дует в борт, но лодка движется под определенным углом к направлению ветра благодаря надутым парусам. В нашем случае роль ветра играет акустическая волна, генерируемая динамиком. При этом боковая сила отдачи создает комплексное движение объекта — подъем и вращение. Мы определили условия, при которых вращательный момент компенсируется, обеспечивая стабильное движение частицы под фиксированным углом. Это свойство особенно ценно для сортировки биологических объектов сложной, асимметричной конфигурации».
Инновационная методика существенно повышает точность выделения клеток определенной морфологии из биологических жидкостей. Это открывает новые горизонты в области диагностики и идентификации специфических клеток-маркеров. Важным преимуществом разработки является ее экономическая эффективность — технология легко интегрируется в существующие лабораторные установки, включая микрофлюидные чипы, без необходимости их модификации.
Михаил Смагин, инженер физического факультета ИТМО, рассказывает о практическом применении открытия: «Современные методы сортировки биообъектов основаны на использовании микрофлюидных наноструктур — системы каналов, напоминающей фильтрующий элемент пылесоса. Частицы разного размера проходят через каналы, задерживаясь при превышении их диаметра. Для повышения эффективности процесса мы добавляем дополнительную силу. Акустическое поле позволяет сортировать частицы не только по размеру, но и по составу материала. Наша инновация учитывает также геометрические характеристики биообъектов. При частоте 230 МГц акустическая волна генерирует боковую силу отдачи, которая по-разному воздействует на продолговатые эритроциты и сферические лейкоциты. В результате эритроциты поднимаются вверх, а лейкоциты продолжают движение в потоке жидкости. Мы готовимся к серии экспериментов для подтверждения наших теоретических выводов».
Данное исследование реализуется при поддержке программы «Приоритет 2030».
Информация предоставлена пресс-службой Университета ИТМО
Источник фото: ru.123rf.com
Источник: scientificrussia.ru
