新颖的微流体装置开发研究微生物游泳

团队麦凯维圣路易斯华盛顿大学的工程学院和麻省理工学院的技术创造了一个声学微流控的方法,提供了新的机会和游泳和微生物细胞进行实验。

“我们的合作者的细胞研究强大的游泳者,它们的大小,所以部队需要陷阱都是巨大的,”说j·马克·米查姆,机械工程和材料科学的副教授麦凯维工程和学院的资深作者的论文,6月16日发表在《美国国家科学院院刊》上。“在我们设备,超声波像那些用于成像能够保持细胞的身体而不影响它游泳。”

研究中使用的细胞单细胞藻类衣藻reinhardtii,一个生物模型用于研究纤毛的运动,小细微的结构,流体和推动细胞移动。

新方法是出于过去工作的实验室菲利普•Bayly李猎人特聘教授和系主任机械工程与材料科学,研究纤毛运动,和苏珊·达奇尔的距离,华盛顿大学医学院的遗传学教授,纤毛结构和功能方面的专家,这两个论文的合著者。米查姆开发与第一作者的方法和设备明阳崔获得了硕士和博士学位在机械工程麦凯维工程在2017年和2021年,分别,他现在是麻省理工学院博士后研究员。

c . reinhardtii纤毛细胞显微和更小——但是他们游泳每秒大约10身体的长度。他们的纤毛也击败每秒60到70倍左右。

”决议的视野需要看到细胞的纤毛运动是游泳,远离,你看起来非常快,”米查姆说。“很难研究他们的行为没有捕获细胞以某种方式游泳。”

崔克服了捕获问题通过使用两种类型的声波的组合。声表面波会产生振动,沿着表面的材料,和一个散装声波是由细胞的表面振动流体。

“细胞是由声波在流体被称为节点或低压区域,”米查姆说。“我们想用声表面波,因为它们允许更高的频率与它们之间的距离要短,给小陷阱,这能更好地控制细胞你试图操纵。”

不幸的是,传统的声表面波器件效率不如散装声波同行,和效率需要这些细胞产生足够的捕获力让他们没有设备过热。

“任何效率低下导致加热、杀死细胞,”米查姆说。“明阳想出了一个设备使用玻璃微通道结构,可将表面声波转换成声波来提高效率。使用玻璃还允许我们使用高分辨率的油浸显微镜。”

“有解决这些现实的挑战,我们可以关注acoustofluidic捕获的其他优势,”米查姆说。“关键需要我们的合作者是陷阱这些细胞没有限制他们的旋转。声捕获使,因为它不直接接触细胞。”

以前,研究这些游泳c . reinhardtii细胞,研究人员使用吸液管时,细胞纤毛成像。然而,这并不允许单元体移动一点点纤毛跳动,尤其是限制细胞的旋转,这是自然的运动时游泳。

“为这些microswimmers认为它是一个跑步机,和声场提供了一种方法将细胞固定在合适的位置而不影响纤毛运动或游泳在三维空间中,“米查姆说。

该设备也有额外的好处与microswimmers实验工作。

“我们可以创造一次25到30陷阱和做所有的分析并行捕获细胞,”米查姆说。“你不能这么做微量吸液管——不是身体上成为可能。这样你可以执行快速测量在更大数量的细胞。”

Bayly说,他兴奋的影响这项工作对理解细胞的能动性。

“明阳的结果表明,该方法不以任何方式影响游泳,但最大的影响可能在方法的灵活性陷阱任何游泳细胞或微生物的大小范围,“Bayly说。“你现在可以执行一些新的实验解决悬而未决的生物问题通过使用声诱捕提供一个受控环境实验。”