Коллектив ученых из США создал микрофлюидный чип для акустического разделения лейкоцитов и циркулирующих в крови раковых клеток. Новое устройство оказалось в 20 раз быстрее предыдущих аналогов, при этом ему удалось успешно разделять смеси с соотношением клеток до 1:100000 с выходом более 80 процентов. Работа опубликована  в Proceedings of National Academy of Sciences.

В основе микрофлюидного чипа лежит канал, расположенный между двумя встречно-штыревыми преобразователями: эти устройства создают стоячую звуковую волну. Частицы, которые вместе с основным потоком проходят через такой канал, попадают в периодические участки повышенного или пониженного давления. В зависимости от массы и размеров они сносятся к противоположным стенкам, а в конце канала разделяются на два независимых потока.

Фотография прототипа в работе. Carnegie Mellon/MIT/Penn State

Идея и прототипы таких устройств были известны и раньше, но их широкое применение было невозможно из-за низкой скорости работы: на разделение клеток в пяти миллилитрах крови нужно было около 60-ти часов. Авторам новой работы удалось оптимизировать параметры своего чипа при помощи компьютерного моделирования. Ключевой характеристикой оказался угол между осями преобразователей. Отрегулировав его, удалось увеличить скорость работы чипа почти в 20 раз за счет увеличения скорости потока в канале, при которой еще возможно эффективное разделение.

Прототип микрофлюидного устройства. Для масштаба приведена монета в 1 цент. Tony Jun Huang, Penn State

Для проверки работы микрочипа ученые сначала использовали полистирольные микрочастицы. После оптимизации системы удалось успешно проанализировать несколько образцов крови пациентов, которым диагностировали рак груди. Устройство позволило выделить раковые клетки из образцов с рекордно малым их содержанием: около 20 на весь образец.

Интерес к созданию подобных микрофлюидных устройств диктуется тем, что в обычных условиях для исследования свойств раковой опухоли необходимо проведение биопсии: отбора тканей непосредственно из опухоли. Эта процедура болезненна, а в некоторых случаях опухоль оказывается еще и труднодоступна, что значительно усложняет подобный анализ. С другой стороны, клетки опухолей часто попадают в кровоток, что позволяет проводить их простой и быстрый анализ. Это, однако, требует эффективной процедуры выделения раковых клеток из всех клеток крови. Микрофлюидные устройства могут стать удобным решением этой проблемы.