Ein On-Chip-Viskoelastizitätssensor für biologische Flüssigkeiten

Eine Forschungsarbeit von Wissenschaftlern der Hebei University of Technology und der Shenzhen University entwickelte einen On-Chip-Viskoelastizitätssensor für biologische Flüssigkeiten.

Das neue Forschungspapier, erschienen in Cyborg und bionische Systemeberichteten über einen doppelschichtigen mikrofluidischen Sensor zum Nachweis der ultraschwachen Viskoelastizität in biologischen Flüssigkeiten.

„Die meisten menschlichen Körperflüssigkeiten sind nicht-Newtonsche Flüssigkeiten, und der Einfluss der Viskoelastizität wird zur Vereinfachung der Analyse oft ignoriert. Wir haben jedoch festgestellt, dass selbst eine sehr schwache Änderung der Viskoelastizität die Flugbahn von Mikropartikeln im Inneren beeinflussen kann Flüssigkeit. Daher kann dieser viskoelastische Effekt in vielen Situationen, die eine aufwändige Analyse erfordern, nicht ignoriert werden. Aus diesem Grund haben wir diesen viskoelastischen Sensor entwickelt, um die schwachen viskoelastischen Änderungen von nicht-newtonschen Flüssigkeiten zu erkennen“, erklärt der korrespondierende Autor Sheng Yan, ein Assistent Professor an der Universität Shenzhen.

„Unser mikrofluidisches Gerät ist [analogous] zu einer „flüssigen Miniatur-Galton-Platte“. Wir haben eine große Menge Mikropartikel in den Kanal ‚gegossen‘, die Flugbahn und Verteilung der Mikropartikel aufgezeichnet und die Viskoelastizität der Flüssigkeit abgeschätzt“, sagte Dr. Yan. Experimente haben bewiesen, dass selbst bei nicht-newtonschen Flüssigkeiten mit schwacher Viskoelastizität eine geringe Viskoelastizität vorliegt Änderungen in ihrer Viskoelastizität verursachen beobachtbare Änderungen in der Flugbahn und Verteilung von Mikropartikeln, wodurch es möglich wird, subtile viskoelastische Änderungen in nicht-newtonschen Flüssigkeiten zu erkennen.

Um die Viskoelastizität der zu messenden Flüssigkeit abzuschätzen, muss zunächst die Abbildungsbeziehung zwischen Partikelverteilung und Flüssigkeitsviskoelastizität hergestellt werden. Der Prozess zur Bestimmung dieser Abbildungsbeziehung wird als Kalibrierungsprozess des viskoelastischen Sensors bezeichnet.

Durch die Beobachtung der Bewegungsbahn von Mikropartikeln in verschiedenen viskoelastischen Flüssigkeiten ist ersichtlich, dass „ähnlich wie beim Wechseln des Nagels auf der Galton-Platte die Bewegungsbahn der Stahlkugel verändert wird“, sagte Yan, „die Viskoelastizität der Flüssigkeit ändert wird auch die Bewegungsbahn der Mikropartikel verändern. Das zeigt, dass es möglich ist, mit diesem mikrofluidischen Chip die Viskoelastizität von Flüssigkeiten zu messen.“

Schließlich maßen die Autoren auch die Relaxationszeit verschiedener nicht-Newtonscher Flüssigkeiten (5–500 ppm PEO) und passten eine Funktion an, um die Relaxationszeit der zu messenden Flüssigkeit abzuschätzen. Gemäß dieser Funktion kann die Relaxationszeit der zu messenden Flüssigkeit schnell bestimmt werden. Beispielsweise betragen die Relaxationszeiten von 5 ppm und 10 ppm PEO-Lösungen 0,45 ms bzw. 0,7 ms, und die Viskoelastizität von Plasma ist derjenigen von 5 ppm PEO-Lösung am nächsten, sodass die Relaxationszeit etwa 0,45 ms beträgt.

„Dieser Viskoelastizitätssensor hat ein großes Potenzial für die Früherkennung vieler schwerer Krankheiten“, sagte Yan. „Über diesen On-Chip-Viskoelastizitäts-Biosensor konnten wir die Veränderungen der Blutviskoelastizität nachweisen, die ein wichtiger Indikator für diese entzündlichen und vaskulären Erkrankungen sein kann.“