Akustisk gradientfokusering för separation av biopartiklar
- Diarienummer
- FFL18-0122
- Projektledare
- Augustsson, Per
- Start- och slutdatum
- 200401-250331
- Beviljat belopp
- 12 000 000 kr
- Förvaltande organisation
- Lund University
- Forskningsområde
- Bioteknik, medicinsk teknik och teknik för livsvetenskaperna
Summary
Vi ska studera ultraljudskrafter på celler och i vätskor för att möta utmaningar inom markör-fri separation och analys av blod och andra kroppsvätskor för patientnära diagnostik, laboratorieanalyser och för integrering i avancerad laboratorieutrustning. För att förkorta tiden från test till resultat inom primärvården finns intresse av att ersätta analyser på centrallaboratorier med patientnära analyser och självtestning från en droppe blod. I andra änden av spektrumet förebådar genombrott inom cancerimmunoterapi en expansion för marknaden för utrustning som kan utföra precis och skonsam separation av undergrupper av celler från stora blodvolymer. Därför söker man nu efter mikroteknologi där blod kan processas inom några minuter. Mikrofluidik erbjuder hög precision och möjliggör seriella processer vilket öppnar för snabb och automatiserad avskiljning av sällsynta celler från blod samt storleksbaserad separation av biologiska sub-mikrometerpartiklar såsom patogener och exosomer. Vi kommer att exponera blod för stående ultraljudsvågor för att generera själv-organiserande konfigurationer av celler. Därmed utnyttjar vi en nyligen upptäckt akustisk volymkraft som stammar från variationer av blodcellernas ljudegenskaper. För att separera celler kommer vi att skräddarsy cell-organiseringen genom att justera ljudegenskaperna av den omgivande vätskan genom att tillsätta lösta molekyler och genom ett nytt koncept där ljud interagerar med temperaturgradienter.
Populärvetenskaplig beskrivning
För att förkorta tiden från test till resultat inom vården finns intresse av att ersätta analyser på centrallaboratorier med patientnära analyser och självtestning från en droppe blod. I andra änden av spektrumet förebådar genombrott inom behandling av cancer en expansion av marknaden för utrustning för separation celler i stora blodvolymer. Därför söker man nu efter teknologi där blod kan processas inom några minuter. Det har länge varit känt att ultraljud kan användas som en kraft som kan separera och fånga in celler och partiklar från vätskor. Tidigare forskning har visat att exempelvis blodceller som pumpas genom en smal kanal kan sorteras om man bestrålar dem med ultraljud. Medan cellerna flyter fram genom kanalen knuffas de i sidled av ljudet och på så sätt kan celler av olika typ sorteras och samlas upp i olika utlopp. En begränsning med denna teknik har varit att man inte kunde använda den om cellerna är mycket tätt tillsammans som till t.ex. i vårt blod. Därför är detta projekt inriktat på att utveckla ultraljuds-separation som överkommer detta problem. Vi har nyligen upptäckt att när blod bestrålas av ultraljud så kommer blodcellerna packas tätt tillsammans av en ultraljudskraft och därefter börjar de olika typerna av celler omorganisera sig baserat på deras olika densitet och ljudhastighet. Detta kommer vi att utnyttja i projektet för att avskilja undergrupper av blodceller celler med hjälp av ultraljud. Ena annan begränsning med ultraljudsseparation har varit att tekniken inte kunnat användas för riktigt små partiklar, såsom bakterier och virus, som är av stort intresse inom medicin och biologi. Det finns även andra små partiklar i vårt blod, exosomer, som utsöndras av celler, som har rönt stort intresse på senare tid för deras förmodade roll som transportörer av kemisk information som påverkar många biologiska processer i vår kropp. En annan del av projektet är därför inriktat på att utveckla ultraljuds-separation även för mycket små partiklar. För att åstadkomma detta måste vi bland annat öka styrkan på ultraljudet hundrafaldigt eftersom dessa små partiklar påverkas mycket svagt av ljudet. I projektet ingår även att undersöka ett helt nytt fenomen så kallad termisk konvektion där ljudet interagerar med en mikroskopisk värmekälla så att ett lokalt strömningsfenomen uppstår. Sådana mikroflöden kan användas för att transportera och arrangera celler och nanopartiklar i framtidens medicinska diagnostikutrustning.