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MIT Micropump assure portabilité, de l'efficacité, dans des conditions de routine ou de combat

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Testing soldats pour voir s'ils ont été exposés à des armes biologiques ou chimiques pourraient bientôt être beaucoup plus rapide et plus facile, grâce aux chercheurs du MIT qui nous aident à développer un minuscule appareil de diagnostic qui pourraient être exécutées dans la bataille.

En peaufinant la conception d'une petite pompe, les chercheurs affiliés à l'Institut de MIT Soldier Nanotechnologies avons fait un pas important en vue de faire une miniature "lab on a chip" entièrement portable, le petit appareil peut réaliser des centaines d'expériences chimiques dans tout l'établissement.

"De la même façon que la miniaturisation a conduit à une révolution dans l'informatique, l'idée est que les laboratoires miniatures de fluide pompé d'une chaîne à une autre, avec les réactions en cours ici et là, peut révolutionner la biologie et la chimie", déclare Martin Bazant, associé Professeur de mathématiques appliquées et chef de l'équipe de recherche.

Dans le labo sur une puce, les liquides biologiques tels que le sang est pompé à travers les canaux d'environ 10 microns, ou millionièmes de mètre de large. (A globules rouges est d'environ 8 microns de diamètre). Chaque canal a ses propres pompes, qui dirige les fluides à certaines zones de la puce pour qu'ils puissent être testés pour la présence de molécules spécifiques.

Jusqu'à présent, les scientifiques ont été limitées à deux approches de la conception des laboratoires sur une puce, ne se sont pas offrir la portabilité. Le premier est de la force mécanique des fluides à travers microcanaux, mais cela exige externe encombrant plomberie et échelles de mal avec la miniaturisation.

La seconde approche est capillaire électro-osmose, où l'écoulement est entraînée par un champ électrique à travers la puce. Current électro-pompes osmotiques exigent plus de 100 volts d'électricité, mais les chercheurs du MIT ont désormais mis au point une micropump qui exige seulement l'énergie de la batterie (quelques volts) pour obtenir des vitesses de débit et fournit aussi un plus grand degré de contrôle de flux.

La clé pour renforcer l'efficacité énergétique est de modifier le champ électrique dans le canal, Bazant dit. Au lieu de placer des électrodes à chaque extrémité de la chaîne, comme par capillarité électro-osmose, la tension peut être abaissée à courant alternatif (CA) appliqué à électrodes rapprochées tableaux sur le canal parole. Ca existant électro-pompes osmotiques, en revanche, sont trop lents pour de nombreuses applications, avec des vitesses inférieures à 100 microns par seconde.

Dans le nouveau système, connu sous le nom de tridimensionnelles AC électro-pompe osmotique, de minuscules électrodes posées avec des mesures s'opposant à générer des vitesses de glissement à différentes hauteurs, qui se conjuguent pour pousser l'air dans un sens, comme un tapis roulant. Des simulations prédisent une amélioration spectaculaire de débit, par un facteur de près de vingt ans, de sorte que rapide (mm / s) des flux, comparable à la pression-driven systems, ne peut être atteint avec des tensions de batterie. Expériences dans le laboratoire de Todd Thorsen, professeur adjoint de génie mécanique, ont récemment démontré l'efficacité de la conception.

"Il s'agit d'une énorme amélioration avec une idée très simple», a déclaré Bazant.

Thorsen le groupe travaille à l'intégration de la pompe dans un appareil portatif d'analyse sanguine, qui pourraient transporter des soldats sur le champ de bataille. Si l'exposition à des armes chimiques ou biologiques étaient soupçonnés, le dispositif pourrait automatiquement et rapidement tester un infime échantillon de sang, plutôt que d'envoyer un grand échantillon à un laboratoire et d'attendre les résultats. Les puces sont petites et bon marché de faire ce qu'ils pourraient être conçus pour être jetable, Bazant dit, ou bien ils pourraient être apportées implantables.

Les applications potentielles ne sont pas limités à un usage militaire - imaginer aller dans un cabinet de médecin et d'obtenir immédiatement les résultats des tests. Cette technologie pourrait également être utile pour les premiers intervenants. Si le personnel d'urgence savent immédiatement si une personne avait subi une crise cardiaque ou un AVC, ils peuvent commencer le traitement approprié immédiatement.

Labs sur une puce peuvent également être utilisées dans des laboratoires de chimie ou de biologie à accélérer des processus tels que les analyses d'ADN ou de dépistage de la présence de certains antigènes. Seuls minuscules quantités de réactifs seraient nécessaires, et des expériences pourrait se faire plus rapidement et plus efficacement.

«Au lieu d'un millier de personnes, versant une éprouvette en éprouvette B dans des laboratoires différents, vous avez un tout petit peu la puce à tous les milliers d'expériences en cours à la fois,» dit Bazant.

Bazant MIT et ex-post associer Yuxing Ben publié un article sur le travail théorique dans l'édition en ligne du journal de laboratoire sur une puce, et un expérimental papier paraîtra dans une prochaine édition de Applied Physics Letters. Co-auteurs de ce document avec Bazant et Thorsen êtes étudiant gradué et post JP Urbanski associés Jeremy Levitan.

La recherche a été financée par l'armée américaine par le biais de l'Institut pour Soldier Nanotechnologies.

Personne-ressource: Elizabeth Thomson
Massachusetts Institute of Technology

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