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Cientistas usam 'pinças acústicas' para mover partículas em placas de Petri sem usar as mãos

O novo protótipo de placas de Petri permite que cientistas comuns conheçam a tecnologia avançada.

• As pinças acústicas permitem que as biopartículas e células sejam manipuladas com precisão, sem tocá-las.
• As ondas sonoras agarram e movem objetos muito pequenos conforme desejado.
• Anteriormente disponível apenas em dispositivos caros e complexos, as pinças acústicas agora foram incorporadas às placas de Petri.

Embora muitos de nós conheçamos as placas de Petri na escola como recipientes de culturas bacterianas, em um contexto de pesquisa, elas podem conter qualquer número de biopartículas, algumas das quais são bem pequenas e difíceis de manipular manualmente. Agora, pesquisadores da Duke University publicaram um artigo em Avanços da Ciência que apresenta novas ferramentas de protótipo sem contato de alta precisão que utilizam ondas sonoras para permitir que os cientistas manipulem objetos mantidos por fluidos em placas de Petri.

O conceito por trás do que os cientistas chamam de 'pinças acústicas' não é completamente novo, tendo visto o uso em captura de partículas e trabalho com células. 'No entanto,' autor sênior Tony Jun Huang conta Phys.org , 'no final do dia, o sucesso deste campo depende se os usuários finais, como biólogos, químicos ou médicos estão dispostos a adotar essa tecnologia ou não. Este documento demonstra um passo em direção a um fluxo de trabalho muito mais amigável para tornar mais fácil para os usuários finais adotar essa tecnologia. '

Quando uma pinça não é uma pinça

Para entender como as 'pinças' funcionam, é importante saber que elas são pinças apenas porque agarram objetos para que possam ser manipulados. Essa é a extensão de sua semelhança com as pinças domésticas: pinças acústicas não são pequenos dispositivos manuais para apertar. Eles são muito mais de alta tecnologia do que isso. Pinças acústicas use pares de ondas sonoras direcionadas ao objeto a ser manipulado. (NASA tem um excelente par de vídeos curtos explicando como as ondas sonoras funcionam.)

Em uma pinça acústica, as ondas sonoras direcionadas umas às outras empurram um objeto para o local em que as ondas se encontram, chamado de 'nó de captura'. Uma vez que o objeto está preso lá, a posição do nó pode ser reposicionada conforme desejado, ajustando a força, ou amplitude, das ondas sonoras. Conforme o nó se move, o mesmo ocorre com o objeto preso nele.

As pinças acústicas fornecem um meio sem toque, suave e não destrutivo de segurar e manipular até objetos muito pequenos - uma única célula ou partícula, por exemplo. Usando várias ondas sonoras emitidas de forma oposta, e acima e abaixo, os objetos podem ser movidos em três dimensões. Isso permite que os cientistas misturem objetos com tremenda precisão e construam estruturas bidimensionais e tridimensionais a partir de objetos presos.

Gráfico que explica como as ondas sonoras movem objetos

Crédito: gov-civ-guarda.pt

Como funcionam os protótipos

Os pesquisadores apresentam três protótipos diferentes em seu artigo. Todos eles empregam pequenos piezoelétrico transdutores de som afixado nas bordas e / ou abaixo das placas de Petri. Esses transdutores convertem energia elétrica em ondas sonoras e podem mover objetos em placas de Petri em praticamente qualquer direção.

• O primeiro protótipo tem quatro transdutores dispostos em torno dos quatro quadrantes de uma placa de Petri, permitindo que as pinças movam os objetos visados ​​lateralmente.
• O segundo modelo usa um transdutor de som inclinado sob a placa de Petri que cria um redemoinho em seu centro capaz de capturar, concentrar e misturar o conteúdo de uma placa.
• O terceiro projeto encaixa dois transdutores abaixo do prato juntos como um zíper, formando um IDT holográfico (transdutor interdigital). Este arranjo altamente configurável gera ondas semelhantes a feixes de alta frequência abaixo do prato. Eles podem ser programados como focos 3D ou feixes de vórtice, por exemplo, permitindo-lhes realizar uma variedade de manipulações de objetos.

Crédito: Tian, ​​et al./ Avanços Científicos

Seguindo em frente

O objetivo principal deste estudo foi descobrir como implementar pinças acústicas já disponíveis de forma mais compacta e prática para os pesquisadores, de acordo com Huang.

Como observa o artigo: 'Embora pinças acústicas anteriores tenham sido demonstradas para a manipulação de células, a maioria delas requer canais / câmaras microfluídicas customizadas, que geralmente requerem etapas demoradas e caras para fabricação e esterilização e, portanto, não são frequentemente usadas em processos biológicos e laboratórios biomédicos. ' O objetivo dos autores, diz o artigo, era desenvolver 'dispositivos de pinça acústica que podem manipular diretamente biopartículas na placa de cultura de células de laboratório mais comum, a placa de Petri.'

O próximo objetivo dos autores é catalogar ainda mais as capacidades de seus protótipos, em particular seu terceiro design configurável. No futuro, eles esperam, estará o desenvolvimento de um dispositivo que combina todos os três tipos de funcionalidade fornecidos pelos protótipos em um único dispositivo.

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