音響波駆動液滴輸送で書き換え可能なラボオンチップデバイスを実現

エンジニアたちは、音波を用いて油中にトンネルを作り、液滴を非接触で操作・輸送する汎用性の高いマイクロ流体ラボオンチップを実証しました。この技術は、完全再利用可能な小型・プログラマブル・書き換え可能なバイオメディカルチップの基盤となり、現場診断や実験室研究を可能にします。システムは最小限の外部制御で液滴の書き換え可能なルーティング、ソーティング、ゲーティングを実現し、これらは液滴のデジタルロジック制御に不可欠な機能です。

自動流体処理は臨床診断や大規模化合物スクリーニングなど多くの科学分野の発展を牽引してきました。現代のバイオメディカル研究と製薬業界で広く普及していますが、これらのシステムは大型、高価、少量液体の扱いが苦手です。

ラボオンチップシステムはこの隙間をある程度埋められましたが、ほとんどは一つの大きな欠点に阻まれています：表面吸着。これらのデバイスは固体表面に依存するため、輸送されるサンプルが必ず跡を残し、汚染につながります。新しいラボオンチッププラットフォームは、薄い不活性・不混和性オイル層を用いて液滴が跡を残さないようにします。オイル直下で、ピエゾ電気トランスデューサーのグリッドが電気を通すと振動します。サブウーファーの表面のように、これらの振動が薄いオイル層に音波を生成します。

これらの音波はチップの上下で跳ね返り、互いに衝突することで複雑なパターンを形成します。トランスデューサー設計を綿密に計画し、波を生じさせる振動の周波数と強度を制御することで、研究者たちは渦を作り、それらが組み合わさってトンネルを形成し、デバイス表面上で液滴をあらゆる方向に押し引きできます。

新システムはデュアルモードトランスデューサーを使用し、2つの異なるストリーミングパターンに基づいて液滴をX軸またはY軸に輸送できます。デュアルモードトランスデューサーを使用することで、研究者たちは2軸で液滴を移動しつつ、電子回路の複雑さを4分の1に削減できました。また、トランスデューサーの動作電圧を従来システムの3〜7分の1に低減し、8個の液滴を同時に制御可能にしました。マイクロコントローラを導入することで、液滴移動の多くをプログラム・自動化できました。

コンピュータチップのロジックシステムと同様の方法で液滴を制御できる能力は、幅広い臨床・研究手順に不可欠です。次のステップは、大規模集積と動的計画のために、小型化した無線周波数電源と制御ボードを組み合わせることです。

超薄シリコンウェハー上の両面超伝導回路：コンパクト・低クロストークソリューション高度なサブピクセル空間分解能干渉計：ナイキスト限界を超える

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