La force de radiation acoustique générée par une onde stationnaire ultrasonique est une des forces capables de piéger des cellules. Les cellules peuvent être piégées soit aux nœuds de pression, soit aux anti-nœuds, en fonction des propriétés des cellules et du milieu de suspension.
Une équipe de recherche de l’Institut de Technologie et d’Ingénierie Biomédicale de Suzhou (SIBET) de l’Académie des Sciences Chinoise a développé une puce de piégeage acoustique qui peut fournir un piégeage tridimensionnel (3D) des cellules dans un milieu en écoulement continu avec une structure de résonance circulaire.
Le piégeage des cellules : une importance majeure
Le piégeage des cellules revêt une grande importance en ingénierie biomédicale car il permet le serrage, la séparation, la filtration et l’agglomération des cellules. Parmi les différentes approches de piégeage, le piégeage acoustique est largement utilisé dans la recherche biologique car il peut fournir une manipulation des cellules sans contact et biosûre.
Les ondes stationnaires ultrasoniques peuvent être classées en ondes acoustiques de volume stationnaires (BAW), générées par un transducteur piézoélectrique de volume, ou en ondes acoustiques de surface stationnaires (SAW), générées par du niobate de lithium monocristallin (LiNbO3) gravé avec des électrodes interdigitées. Les SAW peuvent manipuler des particules avec une très faible consommation d’énergie, mais elles sont généralement utilisées pour le tri dans un liquide en écoulement et l’arrangement des particules dans un liquide stationnaire en raison de leur force de serrage globalement plus petite par rapport aux BAW.
Le rôle des obstacles dans l’efficacité du piégeage
D’autre part, le vortex de micro-courant acoustique peut également être appliqué pour piéger des cellules près de l’obstacle ou des microbulles. La conception de micropiliers ou d’obstacles joue un rôle important dans l’amélioration de l’efficacité du piégeage. Cependant, certains des pièges ne peuvent pas libérer facilement les particules, et certains d’entre eux ne peuvent pas fournir une position de piégeage fixe. L’efficacité du piégeage est essentiellement déterminée par la force de piégeage.
Dans la plupart des études précédentes, les particules sont généralement piégées dans un fluide statique ou un fluide s’écoulant à une vitesse extrêmement faible, ou le processus de piégeage prend plusieurs secondes, ce qui est principalement dû à une force de piégeage insuffisante. Cela réduit à la fois l’efficacité du piégeage et le débit, alors que la manipulation des cellules à haut débit est importante dans de nombreuses applications biologiques, telles que l’identification Raman et la capture de nanoparticules.
Une nouvelle puce de piégeage acoustique
Les chercheurs ont établi une onde acoustique stationnaire dans la microstructure circulaire, fournissant une force suffisante pour serrer les cellules au centre de la chambre.
Parallèlement, les cellules proches du fond du canal microfluidique sont serrées sous la force de radiation générée dans la direction de la profondeur. Ainsi, une confinement de cellules 3D est formé avec une conception spéciale de microcanaux actionnés par une seule plaque transductrice piézoélectrique.
Les résultats expérimentaux montrent que la puce peut fournir une force de piégeage de niveau nanonewton (nN) et un temps de piégeage de niveau milliseconde (ms) pour des particules de taille micronique se déplaçant à la vitesse de niveau mm/s.
Avec cette méthode de piégeage non contact et biocompatible, la puce peut être appliquée à une variété de scénarios d’ingénierie biomédicale tels que les puces d’organes, la culture de cellules, l’analyse Raman et la capture de nanoparticules.
En synthèse
La force de radiation acoustique générée par une onde stationnaire ultrasonique est une des forces capables de piéger des cellules. Les cellules peuvent être piégées soit aux nœuds de pression, soit aux anti-nœuds, en fonction des propriétés des cellules et du milieu de suspension.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le piégeage acoustique des cellules ?
Le piégeage acoustique des cellules est une technique qui utilise la force de radiation acoustique générée par une onde stationnaire ultrasonique pour piéger les cellules. Cette technique est largement utilisée en recherche biologique car elle permet une manipulation des cellules sans contact et biosûre.
Quelle est l’importance du piégeage des cellules en ingénierie biomédicale ?
Le piégeage des cellules est d’une grande importance en ingénierie biomédicale car il permet le serrage, la séparation, la filtration et l’agglomération des cellules. Cela est particulièrement utile dans de nombreuses applications biologiques, comme l’identification Raman et la capture de nanoparticules.
Qu’est-ce qu’une puce de piégeage acoustique ?
Une puce de piégeage acoustique est un dispositif qui utilise la force de radiation acoustique pour piéger les cellules. Une équipe de recherche de l’Institut de Technologie et d’Ingénierie Biomédicale de Suzhou (SIBET) de l’Académie des Sciences Chinoise a développé une telle puce qui peut fournir un piégeage tridimensionnel (3D) des cellules dans un milieu en écoulement continu.
Quels sont les avantages de cette nouvelle puce de piégeage acoustique ?
Cette nouvelle puce de piégeage acoustique peut fournir une force de piégeage de niveau nanonewton (nN) et un temps de piégeage de niveau milliseconde (ms) pour des particules de taille micronique se déplaçant à la vitesse de niveau mm/s. De plus, elle est non-contact et biocompatible, ce qui la rend appropriée pour une variété de scénarios d’ingénierie biomédicale.
Quels sont les défis associés au piégeage des cellules ?
Le principal défi du piégeage des cellules est de fournir une force de piégeage suffisante. Dans la plupart des études précédentes, les particules sont généralement piégées dans un fluide statique ou un fluide s’écoulant à une vitesse extrêmement faible, ou le processus de piégeage prend plusieurs secondes, ce qui est principalement dû à une force de piégeage insuffisante. Cela réduit à la fois l’efficacité du piégeage et le débit.
Légende de l’image : Schéma de la conception de la puce et de ses performances de piégeage des globules rouges et des globules blancs. Les cellules s’agrègent au centre de la cavité circulaire en 60 ms. (credit : SIBET)
Les résultats ont été publiés dans Sensors and Actuators A : Physical (« Acoustic 3D trapping of microparticles in flowing liquid using circular cavity« ).
Source : Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology (SIBET) de l’Académie des Sciences Chinoise
