Ton zum Erfassen von Lebewesen in einem sanften Griff

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Akustische Pinzetten sind in der Lage, präzise Manipulation Mobilfunk-Skalieren von Objekten, die in vielen Bereichen der biomedizinischen Grundlagenforschung unverzichtbar sind. Das Gerät, entwickelt im Labor von Tony Jun Huang an der Penn State University, Bioengineering verwendet Ultraschall zu erfassen und zu steuern, winzige Elemente wie die ein-Millimeter lange Fadenwurm Caenorhabditis Elegans (C. Elegans), ein bemerkenswertes kleines Wesen genannt.

Eines mehrzelligen Organismus, dessen Genom sequenziert hat, betrachten Wissenschaftler C. Elegans ein ideales Modell für die Erforschung von Krankheiten und Entwicklung bei höheren Tieren, einschließlich des Menschen. Da C. Elegans transparent ist, fällt Wissenschaftler es leicht, seinen Lebenszyklus zu beobachten, wie es aus einem Embryo bis ins Erwachsenenalter wächst.

Dieses miniaturisierte Ultraschall-Tool sollte die Studie von C. Elegans noch einfacher machen. Der Satz von akustischen Pinzette ist die erste Technologie, die in der Lage, abfangen und manipulieren von C. Elegans ohne es zu berühren.

In mancher Hinsicht akustische Pinzetten sind vergleichbar mit optischen Pinzette — der Goldstandard der Manipulation Geräte – welche verwenden Laser trap und Nano und Microscale Objekte verschieben. Akustische Pinzette, sind jedoch einfacher, billiger und wesentlich weniger sperrig. Und weil ihre Leistungsdichte mehr als 10.000.000 Mal niedriger als optische Pinzette ist, sind sie weniger wahrscheinlich, biologische Gegenstände beschädigen.

Akustische Pinzette verwenden Ultraschall – die nicht-invasive Technologie Ärzte verwenden, um Bilder eines Fötus im Mutterleib zu erfassen. Sie basieren auf einem Material, die mechanische Bewegung erzeugt, wenn ein elektrischer Strom angewendet wird.

Hier ist, wie sie funktionieren.

Schwingungen durchlaufen Wandler an einem piezoelektrischen Substrat befestigt – ein festes Material in der Lage, eine elektrische Ladung. Die Sensoren wandeln die Schwingungen in eine besondere Art der Schallwelle, die Druck-Felder in das flüssige Medium erstellt, die die Probe enthält. Einfache Elektronik im Gerät kann genau die Schallwellen zu optimieren und nicht-invasiv halten und bewegen ein Exemplar.

Achtzehn Monaten der Forschung ging in die Entwicklung der genauen Ultraschallfrequenzen C. Eleganserfassen müssen, sagt Huang. Die Wissenschaftler beschrieben ihre jüngste Arbeit in einer Online-Ausgabe der Proceedings der National Academy of Sciences (PNAS).

Die Autoren des Papiers PNAS Biochemiker im Labor von Stephen Benkovic, National Medal of Science Empfänger im Penn State Chemie enthalten.

Benkovic möchte die akustische Pinzette um zu studieren, wie lebende Zellen reagieren auf Chemikalien und Zwänge, die Prozesse, die innerhalb des Körpers zu imitieren. Benkovic abhängen biochemischen Markern in den Zellen, die Auswirkungen der Tests in Echtzeit zu offenbaren.

Weitere Anwendungen sind Blutkörperchen und Krebs Zellsortierung, Studie von Zelle zu Zelle oder Zellen-Umwelt-Interaktionen und Beobachtungen des Verhaltens der gesamten Organismen wie C. Elegans.

Das ultimative Ziel kann sein, zu sehen, dieses kostengünstige und kompakte Werkzeug in jeder Arztpraxis für Blut und Krebs Zellsortierung und Diagnose.

Die PNAS Papier zur "On-Chip-Manipulation von einzelnen Mikropartikel, Zellen und Organismen mit akustischen Oberflächenwellen," waren Xiaoyun Ding, Sz-Chin Steven Lin, Brian Kirby, Hongjun Yue, Sixing Li, Jinjie Shi, Stephen J. Benkovic und Tony Jun Huang.

Der National Science Foundation und der National Institutes of Health bereitgestellten Mittel für die Forschung.

Um einen kurzen video-Clip der Zelle Manipulation zu sehen, ist Besuch Penn State Materials Research Institute Webseite.

Anmerkung des Herausgebers : Diese Forschung wurde unterstützt von der National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur mit der Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik beauftragt. Siehe die hinter die Kulissen-Archiv.