Magnetische trilhaartjes moeten dichtslibben kanaaltjes lab-on-a-chip voorkomen

Wetenschappers van de Technische Universiteit Eindhoven hebben kunstmatige magnetische trilhaartjes ontwikkeld voor de microkanaaltjes van lab-on-a-chip-toepassingen. De haartjes kunnen verstoppingen in de kanaaltjes voorkomen en ongedaan maken.

De Chinese promovendus Shuaizhong Zhang van de groep Microsystems bij de TU/e maakte trilhaartjes met een doorsnede van vijftig micrometer, die aangedreven worden door magnetische velden. De haartjes zijn nog een stuk kleiner te maken dan de door hem ontwikkelde exemplaren, meldt hij in Cursor, het tijdschrift van de universiteit. Afgaande op de afbeelding gaat het om haartjes met een lengte van drie- tot vierhonderd micrometer. De promovendus toonde aan dat de aansturing in de praktijk functioneert, terwijl dat tot nu toe alleen op basis van computersimulaties vermoed werd.

De trilhaartjes moeten zorgen voor goede doorstroming bij de microkanaaltjes van een lab-on-a-chip en opstoppingen voorkomen. Een lab-on-a-chip of loc is een geïntegreerd circuit voor de analyse van laboratoriumtoepassingen op onder andere medisch gebied. Vaak bevatten de locs sensoren, pompjes en kanaaltjes om vloeistoffen zoals bloed, speeksel, of urine te transporteren.

Zhang demonstreerde hoe hij kunstmatige opstoppingen in de vorm van kleine bolletjes van verschillende groottes of het dichtslibben door algen kon opheffen, door met een magneet rond de loc te bewegen. Ook toonde hij aan dat de trilhaartjes te gebruiken zijn om vloeistoffen voort te stuwen, waardoor geen pomp meer nodig is.

Zijn methode werkt beter dan bestaande methodes. Zo zijn er al holle trilhaartjes die functioneren door er lucht door te blazen, maar deze zijn moeilijk klein te maken. Elektrische velden om trilhaartjes aan te sturen hebben een negatief bijeffect dat ze invloed hebben op bijvoorbeeld cellen. Zhang gaat verder onderzoeken of niet-uniforme magneetvelden in te zetten zijn voor de metachrone beweging van de trilhaartjes, die daarmee een golvende beweging voor efficiënte voortstuwing maken.

Update, 15.00: Aangepast dat het om haartjes met doorsnede in plaats van lengte van 50 micrometer gaat, op basis van verduidelijking bij het artikel van Cursor.

Voorbeeld van kunstmatige trilhaartjes ontwikkeld door de groep Microsystems bij de TU/e

Reacties (28)

[HaerdenCliff]

Best cool om te zien dat er mensen op een dergelijk niveau bezig zijn met dingen die de mens in leven kunnen houden. Enorm veel bewondering!

[Holk]

Een lab-on-a-chip is niet om iemand in leven te houden maar om analyses uit te voeren, bijvoorbeeld het sequencen van DNA, pathogenen bepalen etc.

[HaerdenCliff]

Dat begrijp ik wel maar in de end is het dat soort dingen die wel gebruikt worden voor medische toepassingen te verbeteren en dus ook mensenlevens te verbeteren of te verlengen.

[Caelestis]

Dat geldt dus ook voor de boer die zijn koeien melkt zodat de ontwikkelaar een scheutje melk in zijn koffie heeft tijdens het werk.
Uiteindelijk zijn wij er allemaal op een of ander manier verbonden aan dat ontwikkeling maar dat zegt nog steeds niks over waar het techniek voor dient.

[Immutable]

Maar op lange termijn zorgt dat voor afhankelijkheid van de technologie. Want je houdt mensen in leven welke zwak zijn en dus afhankelijk van technologie. Brillen is de oorzaak waardoor steeds meer mensen brillen krijgen. Omdat mensen zonder brillen niet verongelukken. Zo krijg je steeds vaker dus slechter DNA in de toekomst gezien.

De mens wordt straks zo afhankelijk van technologie, dat wanneer alleen maar menselijke DNA in leven is welke afhankelijk is van deze technologie wij kwetsbaar worden wanneer deze technologie wegvalt en wij dus uitsterven.

Medische vooruitgang zal ons uiteindelijk alleen maar ten onder brengen. Tenzij we straks volledige controle hebben over ons DNA door DNA aan te passen van kinderen, en zo genetisch gemanipuleerde kinderen op aarde zetten. Alleen dan is er toekomst voor de mens. Nu houden we zwakke mensen levend. En dat betekend achteruitgang.

Proof me wrong

Tweede punt: Kanker is onderdeel van evolutie. Zonder kanker zou evolutie niet werken. Dus kanker kunnen we nooit genezen/uitbannen. Het is deel van het leven.

Enige manier is God worden. Door volledige controle te krijgen over ons eigen DNA.

[Reactie gewijzigd door Immutable op 22 juli 2024 20:35]

[HaerdenCliff]

Heerlijk verhaal tot een naaste van je kanker heeft of je kind ...

[Narev]

een loc wordt misschien niet gebruikt om iemand direct in leven te houden maar kan wel gebruikt worden om bloed waardes te meten zonder een ingrijpende operatie te hoeven doen. Iets wat wel kan bijdragen aan het langer laten leven van iemand.

[Timoo.vanEsch]

Da's inderdaad een onpopulaire mening.

[El Psycho]

Als ik zo naar de schaal van dat plaatje kijk lijken ze me eerder 50µm dik dan 50µm lang. Ik zou ze eerder ~350µm lang schatten. Of is dit een plaatje van grotere haartjes?

[Durandal]

Ongeveer 300µm lang bij 50µm dik aan de hand van de 200µm schaal onder de foto. Hoe kom je aan 50µm lang?

edit: Ah, uit het bronartikel, maar het is niet duidelijk of hij dikte of lengte bedoelt. Misschien is er ook een vaste lengte/dikte verhouding.

[Reactie gewijzigd door Durandal op 22 juli 2024 16:16]

[Olaf]

Het gaat om de doorsnede. Bij Cursor is dat na navraag verduidelijkt en ik heb het aangepast in dit artikel.

[ajolla]

Goed gedaan!

[Fenna]

Even kijkend naar de afbeelding, dan zie ik dat deze haartjes nog vrij groot zijn. Ik heb met verschillende loc's gewerkt en daarbij is 100 micron vaak gebruikt.

Het is wel heel cool. Als je een ding vaak hebt is het namelijk opstoppingen of luchtbellen. Als je die kunt oplossen met deze trilhaartjes dan maak je heel wat mensen blij! (moet de fabricage en kosten niet roet in het eten gooien )

[ajolla]

Als die dingen goedkoop genoeg zijn gooi je een verstopte toch gewoon weg?
Of je gebruikt er direct vijf of meer (afhankelijk van de verstoppingskans) zodat je (bijna) altijd een bruikbaar resultaat hebt.

[Reactie gewijzigd door ajolla op 22 juli 2024 20:35]

[Fenna]

Dat klopt, heb wel meer dan honderd van 1 chip gemaakt. Soms moet je echter metingen op 1 chip doen, omdat anders het resultaat varieert (zoals met impedence spectroscopy in een microfluidisch kanaal).

[ajolla]

Als het resultaat tussen chips varieert betekent dat toch dat er spreiding in de onnauwkeurigheid zit en moet je dus toch meerdere metingen hebben om een accurater gemiddelde te krijgen?

[Fenna]

Voor mij is het makkelijker uit te leggen hoe ik het ervaren heb:

Ik meet met hele kleine electrodes (5 micron breed) een cel in een "trap". De electrodes liggen op een pcb die in de cleanroom is gefabriceerd. Daarboven op komt de microfluidische chip van PDMS. Deze chip wordt vast gemaakt handmatig met plasma bonding. Omdat de electrodes zo klein zijn en je dit handmatig moet vastleggen, kan het zijn dat elke chip net iets verschoven is van de andere chip. Hierdoor verander je volume dat tussen de electrodes ligt en daarmee veranderd ook compleet de impedantie. In theorie zou je kunnen uitrekenen wat het verschil is, maar dat is erg lastig te doen. Als je alles op 1 en dezelfde chip zou kunnen meten dan varieren de metingen onderling niet. Dus het liefst meet je minstens 7 keer met dezelfde condities op 1 chip.

Als je het andersom benaderd: Dus elke meting ander chip. Dan ben je de variabele aan het meten die je wilt onderzoeken + de variabele die in de chip zit. Je weet echter niet hoeveel variabiliteit zit in die chip, dus kan je hem ook niet filteren.

[ajolla]

Ok, als het om de verschillen tussen metingen gaat begrijp ik het. Maar als het om absolute waarden gaat moet je toch naar een oplossing zoeken en 't misschien inderdaad eens uitrekenen, in de praktijk testen, en dan een procedure die dat voor je doet in een andere chip erbij plaatsen?

Ik begrijp dat de geometrie varieert maar die afwijking kun je met een microscoop volgens mij wel meten. Hopelijk treedt de variatie alleen in 2D op, anders wordt 't nog lastiger.
Dan reken je een soort van ijkgrafiek uit, stopt 'm in een chip en filtert de gemeten resultaten door dat ding.

[Fenna]

Het uitrekenen kan alleen door simuleren in programma's als comsol. Het met de hand uitrekening is naar mijn weten niet goed mogelijk/do-able. Het gaat wel om 3D ja. De verplaatsing zou ik prima kunnen meten met de microscoop, maar moet dan ook telkens gemoddelleerd worden. De ijkgrafiek heb ik geprobeerd door handmatig het oppervlak te meten (dus 2D). Maar helaas is niet alleen het oppervlak van invloed. Ook de stroomsnelheid, concentratie van zouten in water, temperatuur en misschien nog wel meer invloeden. Het stadium waar mijn onderzoek zich in bevond zich net na de ontwerpfase. De chips zijn er, er kan gemeten worden, maar wat kunnen we nu wel en niet met deze chip. Naar mijn idee is de chip waar ik het over heb niet de ideale oplossing hiervoor. Mijn onderzoek is echter afgelopen en houd me nu weer met wat anders bezig

[ajolla]

Als iets moeilijk uit te rekenen is, is meten mischien wel de oplossing.

[bosbeetle]

Er worden echt ontzettend veel lab-on-a-chip en organ-on-a-chip experimenten gedaan. Erg mooi vakgebied waar microfluidics, materiaal wetenschap, cellbiologie (in de organ variant) en medische wetenschap samen komen.

[Ivysaur]

Nu nog trilhaartjes om doofheid door dode trillhaartjes in het slakkenhuis te vervangen. Dan kan de Cochlear implantaat weg. Vind het hartstikke tof spul om te hebben. Ik kan horen, ook al ben ik doof, maar het blijft een irritant gedoe enzovoort. Trilhaartjes kunnen de toekomst zijn, maar stamcel-therapie om een compleet slakkenhuis te vervangen/maken lijkt me ook prachtig. Oh oh oh. Zullen mensen in mijn situatie dan eindelijk weer kunnen horen? Maar aan de andere kant lijkt het me ook eng, hoor.

[Ghxst]

Zou deze techniek kunnen helpen bij trombose en andere reden voor verstopte aders?

Bijvoorbeeld een soort van borsteltje die ingebracht kan worden en door middel van een magnetisch veld de ader kan schoonmaken.

Misschien dat ik iets doms vraag

[Reactie gewijzigd door Ghxst op 22 juli 2024 20:35]

[ajolla]

Of een stent? Of, beter nog: wat dacht je van gezonder leven zodat je aders überhaupt niet verstopt raken?
Die 'verstopping' in de ader is er trouwens niet voor niets. Door een gebrek aan vitamine C en lysine in ons dieet en een veel te hoog glucose/insulinegehalte in het bloed raakt de ééncellige vaatwand beschadigd wat door afzetting van 'cholesterol' gepatcht wordt.
Door een verder tekort aan vitamine K2 in het dieet wordt het calcium niet meer netjes in je botten afgezet en komt het daar ook terecht: aderverkalking.
Dat harde stuk komt dan een keer los en veroorzaakt door verstopping elders een hartaanval of stroke.
Dit kan voorkomen worden met een dieet rijk aan vitamine C, K2 en lysine.
Met een CT scan van het hart (Coronary Artery Calcification Scan) kan nauwkeurig de situatie (mate van verkalking) in beeld gebracht worden en de kans op een hartaanval/stroke worden ingeschat.
Hoge innames van vit C en lysine (10g resp. 5g per dag) maken je aderen weer schoon.
Misschien vindt men dit nu controversieel maar wellicht sijpelt het de komende 10-20 jaar door naar de mainstream geneeskunde.

[Reactie gewijzigd door ajolla op 22 juli 2024 20:35]

[Tomvl117]

Vitaminesupplementen zijn nou niet bepaald controversieel in de wetenschap. Het is zelfs meerdere malen onderzocht of dit soort supplementen baat hebben bij hart- en vaatziekten (zie bijv. [1] [2] [3]), maar tot nu toe is er nog maar weinig klinisch positief effect gevonden.
Daarnaast zijn er nog veel meer mogelijke oorzaken van hart- en vaatziekten, niet alles komt door tekortkomingen in het dieet.

[Reactie gewijzigd door Tomvl117 op 22 juli 2024 18:53]

[ajolla]

Jouw [1], [2] en [3] zijn volkomen irrelevant met betrekking tot het door mij geschrevene. Geen van deze studies nemen vit C met lysine in hoge doses in acht en vit K2 al helemaal niet. Ik weet niet wat je hiermee probeert aan te tonen, maar het is jammerlijk mislukt.

Ga eens even zoeken naar de studies die de door mij (en niet door mij alleen) voorgestelde protocollen onderzoeken en kom over 10-20 jaar nog eens terug.

En uiteraard komt niet alles door voeding, het gros echter wel.

[Reactie gewijzigd door ajolla op 22 juli 2024 20:35]

[tweazer]

Mooi onderzoek ! Kennelijk een tril on bit v2.0, v1.0 hier