Точный контроль над отдельной частицей или молекулой – сложная задача. Одновременное управление несколькими частицами - еще более сложная задача. Исследователи из Университета Иллинойса разработали новый метод, основанный на потоке жидкости для манипулирования и сборки нескольких частиц. Этот новый метод может захватывать целый ряд частиц размером от субмикронного до микронного, включая отдельные молекулы ДНК, везикулы, капли или клетки.
«Это принципиально новый метод улавливания множества частиц в растворе», - сказал Чарльз М. Шредер, профессор химической и биомолекулярной инженерии Университета И. Шредер провел исследование вместе с аспирантом механики и инженерии Анишем Шеной и профессором химической и биомолекулярной инженерии Кристофером Рао.
Результаты исследования были опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Существует множество методов захвата частиц, каждый из которых использует разные способы захвата, включая оптические, магнитные, акустические и электрические силы. Однако многие из этих методов изменяют или возмущают наблюдаемую систему.
«Существующие методы могут быть очень ограниченными в свойствах частиц, необходимых для захвата, и мы хотели изучить широкий спектр систем, таких как бактериальные клетки и различные типы мягких частиц, таких как везикулы, пузырьки и капли», - сказал Шеной. По его словам, ни один из распространенных методов не может быть использован для изучения этого широкого спектра систем в различных масштабах. Таким образом, исследователи хотели создать метод, который можно было бы в целом применять к произвольному количеству частиц произвольного типа.
Названный ловушкой Стокса, метод, разработанный командой Шредера, основан на мягком потоке жидкости для манипулирования частицами. Группа Шредера первой реализовала улавливание и сборку нескольких частиц с использованием потока жидкости.
Чтобы контролировать движение частиц из заданного начального положения в заданное конечное положение, Шеной и его коллеги разработали автоматизированный алгоритм управления, который вычисляет, какое давление требуется для управления полями потока и точного перемещения частиц. в маленьком микроустройстве. По его словам, алгоритм может решить сложную задачу оптимизации за полмиллисекунды.
«Контроллер имеет несколько параметров, и это его сложная часть», - сказал Шредер.
Управляющая программа предназначена для расчета расстояния частиц от целевого положения и их эффективного перемещения за счет минимизации расхода, необходимого для перемещения частиц. Это также позволит исследователям собирать несколько частиц в произвольные сложные структуры и исследовать взаимодействие между двумя или более частицами.
Группа надеется, что ловушка Стокса станет такой же универсальной, как и другие широко используемые методы отлова.
«Это не только еще один метод из набора инструментов, но он также имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами», - сказал Шредер. «Пока вы можете увидеть частицу и каким-то образом обнаружить ее, вы можете ее поймать».