[ad_1]
مهندسان مکانیک در دانشگاه دوک از دو صدای الکترونیکی استفاده می‌کنند که آهنگ‌های هارمونیک را می‌خوانند تا ذرات معلق و سلول‌ها را به روش‌های جدید و ارزشمند کنترل کنند. دستگاه نمونه اولیه آنها می تواند یک کریستال تک لایه را از گروهی از ذرات تشکیل دهد و بچرخاند، اشکال دلخواه با تعداد معینی از ذرات ایجاد کند، و جفت سلول های بیولوژیکی را صدها بار با هم و دوباره از هم جدا کند.
این توانایی‌ها می‌توانند در زمینه‌های مختلف، مانند علم مواد، فیزیک مواد متراکم نرم، بیوفیزیک، علوم زیستی و پزشکی خدمت کنند.
برای مثال، محققان نشان داده‌اند که این دستگاه می‌تواند به طور انتخابی دو سلول مجزا را جفت کند و نیروهای چسبندگی آنها را اندازه‌گیری کند – شاهکاری که پزشکان می‌توانند از آن برای تعیین درمان برای بیماران سرطانی استفاده کنند. به دلیل مهارت و لطافت دستگاه صوتی، محققان آن را پلت فرم HANDS نام گذاری کرده اند. (آکوستیک هارمونیک برای دستکاری ذرات غیر تماسی، دینامیک، انتخابی.)
نتایج به صورت آنلاین در 24 مارس در مجله ظاهر می شود مواد طبیعی
تونی جون هوانگ، استاد برجسته مهندسی مکانیک و علم مواد ویلیام بیوان در دوک، گفت: «جداسازی ذرات یا سلول‌های جفت شده یک هدف اصلی در زمینه دستکاری صوتی برای سال‌ها بوده است. پلت فرم HANDS ما اولین روش جداسازی اجسام جفتی است که راهی را برای مطالعات برهمکنش سلول-سلول که به طور گسترده در مطالعات بیوفیزیک و کشف دارو مورد نیاز است، فراهم می کند.
موچین های صوتی یک میدان به سرعت در حال توسعه است که از پدیده های فیزیکی مختلف امواج صوتی استفاده می کند تا به آرامی ذرات یا سلول های معلق در مایعات را بدون دست زدن به آنها دستکاری کند. برخی از نمونه‌ها ذرات را بین دو موج صوتی فشرده می‌کنند و فاز یا نقطه مبدا امواج را برای حرکت دادن آنها تنظیم می‌کنند. برخی دیگر با ترکیب دو موج صوتی ایستا با هم برای جدا کردن ذرات به شکل‌های مختلف، مانند شبکه، الگوهایی ایجاد می‌کنند.
اکنون، محققان با وارد کردن ملودی‌ها و هارمونی‌های پیزوالکتریک به این دستگاه‌ها لایه جدیدی از پیچیدگی را اضافه کرده‌اند. در جایی که دستگاه های قبلی امواج ایستا ایجاد می کنند، نمونه اولیه پلت فرم HANDS از یک ژنراتور تابع برای ایجاد امواج ایستاده پیچیده استفاده می کند که به سرعت تغییر می کنند. می توان به این فکر کرد که به جای اینکه ماشین ها یک نت را بخوانند، اکنون به اوج و فرودهای سریع یک اپرای پیچیده با دو خواننده برخورد می کنند.
دستگاه جدید با قرار دادن مبدل های تولید کننده صدا در هر طرف یک محفظه مربع کوچک پر از مایع کار می کند. این چهار مبدل همگام با مبدل هایی که مستقیماً در مقابلشان قرار دارند کار می کنند و دو جفت را تشکیل می دهند. یکی به صورت افقی و دیگری به صورت عمودی در محفظه الگوها ایجاد می کند. تعامل این دو الگوی امواج صوتی پیچیده و سریع در حال تغییر، توانایی‌های پویایی ایجاد می‌کند که قبلاً هرگز در میدان نشان داده نشده بود.
شوجی یانگ، دانشیار فوق دکترا در آزمایشگاه هوانگ، گفت: «من شبیه‌سازی کردم که چگونه این امواج ممکن است برای دستکاری ذرات در اتاقک ترکیب شوند و سپس آزمایش‌هایی را برای دیدن نتایج واقعی انجام دادم. زمان زیادی طول کشید و آزمایش‌های زیادی طول کشید، اما در نهایت شبیه‌سازی‌ها به اندازه‌ای خوب شدند که نتایج را مطابقت داد. و زمانی که شبیه‌سازی‌ها دقیق شدند، می‌توانم پیش‌بینی توانایی‌های جدید را شروع کنم.»
در مقاله، یانگ چندین توانایی جدید موچین های صوتی دوتایی هارمونیک را نشان می دهد. در یک آزمایش، او نشان داد که سکوی HANDS می تواند یک خوشه سه بعدی از 24 ذره را صاف کرده و به شکل یک ساختار کریستالی درآورد. می تواند این ساختارهای مسطح را مانند یک صفحه روی نوک انگشت بچرخاند.
با حرکت به سمت دستکاری ذرات منفرد، این مقاله ذرات را به سه شکل مختلف نشان می دهد که شباهت زیادی به حروف O، D و K دارند. سپس دستگاه ده ها ذره منفرد را مانند نوجوانان در یک رقص مدرسه با هم جفت می کند و نشان می دهد که می تواند هر یک را بکشد. آنها را از هم جدا کرده و بیش از هزار بار دوباره کنار هم قرار دهید.
در نمایش نهایی، یانگ نشان می‌دهد که دستگاه می‌تواند یک جفت سلول را از یک ردیف انتخاب کند، آنها را به هم فشار دهد و آنها را از هم جدا کند. او سپس از این توانایی برای اندازه گیری نیروهای چسبندگی در کار بین دو سلول که با یکدیگر تماس دارند استفاده می کند.
به گفته محققان، این هیجان‌انگیزترین توانایی پلتفرم HANDS است، زیرا می‌تواند آزمایش‌های دقیقی را برای پزشکی شخصی‌سازی شده انجام دهد.
لوک لی، استاد پزشکی در دانشکده پزشکی هاروارد، که یکی از رهبران این تحقیق است، گفت: “من در مورد قابلیت های این پلت فرم که به لطیف دست های یک مادر است، هیجان زده هستم.” دستان مهربان و حساس مادر به ما این امکان را می دهد که پایه زیست شناسی سلولی کمی و پزشکی دقیق ترجمه را ایجاد کنیم.
لی گفت: «به عنوان مثال، ما می‌توانیم به طور سیستماتیک برهمکنش‌های سلول T با سلول‌های سرطانی را به روشی با کارایی بالا مطالعه کنیم و نیروهای برهمکنش سلول-سلول را دقیق به دست آوریم. این می تواند به پزشکان کمک کند تا مؤثرترین و خاص ترین سلول درمانی را برای بیماران به عنوان داروی دقیق شخصی پیدا کنند.
این تحقیق توسط مؤسسه ملی بهداشت (R01GM141055, R01GM132603, U18TR003778, UG3TR002978) و بنیاد ملی علوم (ECCS-1807601, CMMI-2104295) پشتیبانی شده است.
منبع داستان:
مواد ارائه شده توسط دانشگاه دوک. نوشته اصلی توسط کن کینگری. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.
[ad_2]