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Les canaux visqueux, glissants et étanches forment des dispositifs biomédicaux en forme de labyrinthe alimentés par gravité

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Les canaux visqueux, glissants et étanches forment des dispositifs biomédicaux en forme de labyrinthe alimentés par gravité

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Résumé graphique. crédit: appareil (2023). DOI : 10.1016/j.device.2023.100009

Les ingénieurs biomédicaux de l’Université Duke ont développé une approche entièrement nouvelle pour construire des dispositifs de diagnostic au point de service qui n’utilisent que la gravité pour transporter, mélanger et manipuler les gouttelettes de fluide impliquées. La démonstration ne nécessite que des matériaux disponibles dans le commerce et très peu d’énergie pour lire les résultats, ce qui en fait une option potentielle intéressante pour les applications dans les environnements à faibles ressources.

« L’élégance de cette approche réside dans sa simplicité – vous pouvez utiliser tous les outils dont vous disposez pour la faire fonctionner », a déclaré Hamid Wahbi, ancien chercheur postdoctoral de Duke et maintenant ingénieur d’analyse principal chez GE Hitachi. « Vous pourriez théoriquement même utiliser une scie à main et couper les canaux nécessaires aux tests dans un morceau de bois. »

L’étude, menée dans le laboratoire d’Ashutosh Chilkoti, professeur émérite Alan L. Kaganov de génie biomédical à Duke, apparaît en ligne le 11 juillet dans la revue Nature. appareil.

Les appareils de point de service simples et faciles à utiliser ne manquent pas. De nombreuses démonstrations et appareils commerciaux cherchent à effectuer des diagnostics ou à mesurer des signes vitaux importants en utilisant seulement quelques gouttes de liquide avec le moins de force et d’expertise possible. Leur objectif est d’améliorer les soins de santé pour les milliards de personnes qui vivent dans des milieux à faibles ressources, loin des hôpitaux traditionnels et des médecins qualifiés.

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Tous ces examens ont les mêmes exigences de base; Ils doivent agiter, mélanger et doser les microgouttelettes contenant les échantillons biologiques et les principes actifs permettant de mesurer des biomarqueurs spécifiques. Des exemples plus coûteux utilisent de petites pompes électriques pour diriger ces réactions. D’autres utilisent la physique des fluides à l’intérieur de minuscules canaux (microfluidique) qui créent un type d’effet d’aspiration.

C’est le premier spectacle à n’utiliser que la gravité. Chaque approche offre des capacités bénéfiques uniques ainsi que ses inconvénients.

« La plupart des dispositifs microfluidiques ont besoin de plus que de simples forces capillaires pour fonctionner », a déclaré Chilkuti. « Cette approche est beaucoup plus simple et permet également de concevoir et d’exploiter des voies de fluides très complexes, ce qui n’est ni facile ni bon marché avec la microfluidique. »

Ce nouveau type de dispositif biomédical entièrement assisté par gravité ne nécessite que quelques gouttes de liquide et une rotation de la manivelle pour mélanger et mesurer les biomarqueurs ciblés. Crédit : Hamed El-Wahabi

La nouvelle approche basée sur la gravité repose sur un ensemble de neuf revêtements de surface disponibles dans le commerce qui peuvent modifier la mouillabilité et la glissance en tout point de l’appareil. Autrement dit, ils peuvent ajuster la quantité de gouttelettes qui s’aplatissent en crêpes ou restent sphériques tout en leur permettant de glisser plus facilement ou plus difficilement sur une pente.

Lorsqu’ils sont utilisés ensemble dans des combinaisons intelligentes, ces revêtements de surface peuvent créer tous les éléments microfluidiques nécessaires aux tests au point de service. Par exemple, si un site particulier est très glissant et que la goutte est placée à une intersection où un côté tire le liquide à plat et l’autre le pousse dans une sphère, il agira comme une pompe et accélérera la goutte vers le premier.

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« Nous avons proposé de nombreux éléments différents pour contrôler le mouvement, l’interaction, la synchronisation et la séquence des multiples gouttelettes dans l’appareil », a déclaré Vahabi. « Tous ces phénomènes sont bien connus dans le domaine, mais personne n’avait pensé à les utiliser pour contrôler le mouvement des gouttelettes de manière systématique auparavant. »

En combinant ces éléments, les chercheurs ont créé un test prototype pour mesurer les niveaux de lactate déshydrogénase (LDH) dans un échantillon de sérum sanguin humain. Ils ont foré des canaux à l’intérieur du banc d’essai pour créer des chemins spécifiques pour les gouttelettes, chacun recouvert d’un matériau qui empêche les gouttelettes de se coller pendant leur voyage. Ils ont également équipé des sites spécifiques de réactifs secs nécessaires aux tests, qui sont absorbés par des gouttelettes d’une simple solution tampon lorsqu’elles les traversent.

L’ensemble du test en forme de labyrinthe est ensuite recouvert d’un couvercle avec deux trous dans lesquels l’échantillon et la solution tampon sont versés. Une fois chargé, le test est placé à l’intérieur d’un dispositif en forme de boîte avec une poignée qui tourne le test de 90 degrés pour permettre à la gravité de faire son travail. Cet appareil est également équipé d’une simple LED et d’un photodétecteur qui peuvent détecter rapidement et facilement la quantité de bleu, de rouge ou de vert dans les résultats des tests. Cela signifie que les chercheurs peuvent marquer trois biomarqueurs différents dans différentes couleurs pour différents tests à mesurer.

Dans le cas de ce test prototype LDH, le biomarqueur est marqué d’une molécule bleue. Un microcontrôleur simple mesure la profondeur du bleu des résultats du test et la rapidité avec laquelle la couleur change – ce qui indique la quantité et la concentration de LDH dans l’échantillon – pour générer des résultats.

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« Nous pourrions éventuellement utiliser un smartphone à l’avenir pour mesurer les résultats, mais ce n’est pas quelque chose que nous avons exploré dans cet article spécifique », a déclaré Jason Liu, Ph.D. Filtre au laboratoire Chilkoti.

La démonstration fournit une nouvelle approche à prendre en compte lors de la conception d’appareils de diagnostic peu coûteux et à faible consommation d’énergie. Bien que le groupe envisage de continuer à développer son idée, il espère également que d’autres en prendront note et travailleront sur des tests similaires.

« Alors qu’un système microfluidique bien conçu peut être entièrement automatisé et facile à utiliser par des moyens passifs, la synchronisation des étapes discrètes est généralement programmée dans la conception de l’appareil lui-même, ce qui rend les modifications du protocole plus difficiles », a ajouté David Kinnamon. Un doctorat. Filtrer dans le groupe Chilkoti. « Dans ce travail, l’utilisateur conserve plus de contrôle sur la synchronisation des étapes tout en ne sacrifiant que modestement la facilité d’utilisation. Encore une fois, c’est un avantage pour les protocoles plus complexes. »

Plus d’information:
Hamid Wahbi et al., Test au point de service basé sur la gravité d’un liquide-liquide, appareil (2023). DOI : 10.1016/j.device.2023.100009

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L’étude a révélé que l’eau douce est apparue pour la première fois sur Terre il y a 4 milliards d’années.

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L’étude a révélé que l’eau douce est apparue pour la première fois sur Terre il y a 4 milliards d’années.

L’eau douce provenant de sources atmosphériques est apparue sur Terre il y a environ 4 milliards d’années, soit 500 millions d’années plus tôt qu’on ne le pensait, selon une nouvelle étude publiée dans la revue Nature Geoscience.

Lorsque la Terre s’est formée pour la première fois il y a environ 4,5 milliards d’années, au début de la période géologique connue sous le nom d’Hadéen, elle était initialement en fusion. Au fur et à mesure que sa couche externe se refroidissait, la croûte de la planète s’est formée. Cependant, la chronologie de l’apparition des réservoirs d’eau douce sur Terre reste jusqu’à présent incertaine.

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Sanglant pour se mettre à l'abri du sang

Simuler la Terre à ses débuts

(Image : Simon Marchi/NASA)

Les chercheurs ont trouvé des traces d’eau douce dans d’anciens cristaux de zircon des Jack Hills en Australie occidentale. En effectuant une analyse isotopique de l’oxygène sur ces cristaux, ils ont déterminé le début du cycle hydrologique. Résistants aux intempéries et aux changements environnementaux, ces zircons sont les plus anciens de la Terre et fournissent des informations rares et profondes sur les débuts de l’histoire de la planète.

« Nous avons pu retracer les origines du cycle hydrologique, qui est le mouvement continu de l’eau entre la terre, les océans et l’atmosphère à travers des processus tels que l’évaporation et les précipitations, Dr Hamid Jamal Al-Din, chercheur principal à l’École de la Terre et des précipitations. Les sciences planétaires de l’Université Curtin et de l’Université Khalifa aux Émirats arabes unis ont déclaré : Ce cycle est essentiel au maintien des écosystèmes et de la vie sur notre planète.

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Docteur"C'est un monde de dessin animé de premier ordre avec la marque australienne Hells City, ce qui permet à tout le monde de le porter facilement. Merci beaucoup.Docteur"C'est un monde de dessin animé de premier ordre avec la marque australienne Hells City, ce qui permet à tout le monde de le porter facilement. Merci beaucoup.

Le Dr Hugo K. H. Ollerock tient la roche contenant les cristaux de zircon qui ont permis de déterminer la découverte.

(Image : Université Curtin)

Le Dr Jamal Al-Din a expliqué que l’analyse d’anciens zircons a retardé de 500 millions d’années l’apparition de l’eau douce sur Terre. « En examinant de petits cristaux de zircon, nous avons trouvé des signatures isotopiques de l’oxygène exceptionnellement légères, qui indiquent une interaction avec l’eau douce plutôt qu’avec l’eau salée de l’océan, remontant à 4 milliards d’années », a-t-il déclaré.

Les isotopes légers de l’oxygène résultent généralement de réactions entre l’eau chaude et douce et les roches situées à plusieurs kilomètres sous la surface de la Terre. « Pour que les zircons que nous avons analysés aient des signatures d’oxygène aussi légères, les roches doivent avoir été altérées par l’eau douce, fondues, puis solidifiées à nouveau : « Cette preuve de l’eau douce il y a 4 milliards d’années remet en question l’hypothèse. théorie selon laquelle « La Terre était entièrement recouverte par l’océan à cette époque ».

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Jacques Hales Posterilia Urbanisme Plus tard, il y a plus d'aventures dans un monde plus moderneJacques Hales Posterilia Urbanisme Plus tard, il y a plus d'aventures dans un monde plus moderne

L’endroit où la roche a été trouvée

(Image : NASA/GSFC/METI/ERSDAC/JAROS et équipe scientifique américano-japonaise ASTER)

Le Dr Hugo KH Ollerock, également de l’École des sciences de la Terre et des planètes de l’Université Curtin et membre de l’équipe de recherche, a souligné l’importance de cette découverte pour comprendre la formation de la Terre et l’origine de la vie.

« Cette découverte met non seulement en lumière les débuts de l’histoire de la Terre, mais suggère également que les continents et l’eau douce ont ouvert la voie à l’émergence de la vie dans un laps de temps relativement court, moins de 600 millions d’années après la formation de la Terre. Nos recherches représentent une avancée majeure. dans la compréhension des débuts de l’histoire de la Terre et ouvre les portes aux études futures sur les origines de la vie.

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Le télescope Webb de la NASA détecte les espèces de carbone les plus éloignées connues dans l’univers

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Le télescope Webb de la NASA détecte les espèces de carbone les plus éloignées connues dans l’univers

Les astronomes ont découvert le carbone connu le plus éloigné de l’univers, remontant à seulement 350 millions d’années après le Big Bang. Cette découverte – issue du télescope spatial Webb de la NASA – a utilisé les observations infrarouges de l’actuel Advanced Extragalactic Deep Survey pour identifier le carbone dans une toute jeune galaxie qui s’est formée peu de temps après la nuit des temps.

Les résultats obligeront probablement les cosmologistes et les théoriciens à repenser une grande partie de tout ce qu’ils savent sur l’enrichissement chimique de notre univers.

Dans une recherche acceptée pour publication dans la revue Astronomie et astrophysiqueUne équipe internationale dirigée par des astronomes de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni a détaillé ses observations de cette ancienne galaxie, connue sous le nom de GS-z12. Il est situé à un redshift supérieur à 12, près de l’aube cosmique.

« Il s’agit non seulement de la première découverte confirmée de carbone, mais aussi de la première découverte confirmée de tout élément chimique autre que les éléments primitifs produits par le Big Bang (hydrogène, hélium et traces de lithium), Francesco DiEugenio, auteur principal de l’article. . Un astrophysicien de l’Université de Cambridge me l’a dit par e-mail.

La découverte de ce carbone si tôt dans l’histoire cosmique pourrait également signifier que quelque part là-bas, la vie aurait pu démarrer plus tôt que prévu.

Cette découverte remet également en question nos modèles d’évolution chimique, dit DiEugenio. « Nous ne nous attendions pas à voir des abondances aussi élevées de carbone en oxygène avant plus tard dans l’histoire de l’univers », dit-il. Par conséquent, notre découverte indique des canaux d’enrichissement chimique nouveaux et inattendus dans l’univers primitif, explique Diogenio.

En raison de la faiblesse exceptionnelle de ces galaxies lointaines, l’équipe n’a pu détecter le carbone qu’après environ 65 heures d’observations par spectroscopie proche infrarouge.

Les astronomes utilisent la spectroscopie pour étudier l’absorption et l’émission de lumière et d’autres rayonnements par la matière. Chaque élément possède sa propre empreinte chimique qui apparaît dans le spectre de la cible céleste, ce qui a permis dans ce cas d’identifier de manière surprenante le carbone à des époques aussi précoces.

Comment ce carbone a-t-il été créé ?

Diogenio dit que le Big Bang n’a produit que de l’hydrogène, de l’hélium et des traces de lithium. Par conséquent, ce carbone – et tout le carbone de l’univers – doit avoir été produit à l’intérieur des étoiles, dit-il. Une partie du carbone est produite dans des étoiles massives à courte durée de vie, et une autre dans des étoiles de faible masse à longue durée de vie, explique DiEugenio.

Carbone via supernovae

Dans GS-z12, qui a une masse d’environ 50 millions de masses solaires seulement, nous pouvons exclure le deuxième scénario, car l’univers était si jeune que les étoiles de faible masse n’avaient pas assez de temps pour apporter des quantités significatives de carbone, explique DiEugenio. . Il dit que cela signifie qu’il a été produit dans des étoiles massives. Cependant, le rapport carbone/oxygène que nous observons dans GS-z12 ne correspond pas à celui des étoiles massives connues, explique Diogenio. C’est pourquoi nous pensons que cette découverte de carbone pourrait avoir été produite dans des types d’étoiles massives plus exotiques, telles que les étoiles du troisième groupe, dit-il.

Les étoiles du groupe III sont un groupe théorique des premières étoiles de l’univers.

Selon certains modèles, lorsque ces premières étoiles ont explosé en supernova, elles auraient pu libérer moins d’énergie que prévu initialement, suggère l’Université de Cambridge. Dans ce cas, il s’agit du carbone, qui était présent dans l’exosphère des étoiles et était moins lié gravitationnellement que l’oxygène, selon l’université. Par conséquent, ce carbone aurait pu s’échapper plus facilement et se propager dans toute la galaxie, tandis qu’une grande quantité d’oxygène serait retombée et s’effondrerait dans un trou noir, a expliqué l’université.

Ce carbone serait-il le résultat d’une étoile de Population III devenue supernova ?

« Nous ne savons pas avec certitude quel type d’étoile a produit ce carbone », explique DiEugenio. Cependant, étant donné le temps très court disponible pour l’évolution stellaire, celle-ci doit provenir d’explosions de supernova provoquées par la mort d’étoiles massives, explique Diogenio. Selon lui, des preuves allant de l’univers local jusqu’à un milliard d’années après le Big Bang montrent que le rapport carbone/oxygène produit par les supernovae est bien inférieur à ce que nous observons dans cette galaxie.

Rapports carbone/oxygène

Expliquer le rapport carbone/oxygène élevé observé dans le GS-z12 est difficile dans le cadre actuel, explique DiEugenio. Dans ce contexte, il existe certains scénarios théoriques dans lesquels les supernovae du groupe III produisent des ratios carbone/oxygène élevés ; Il dit que ce serait un scénario approprié, mais qu’il doit être confirmé.

Quant au carbone découvert ?

Diogenio dit qu’il a été produit dans l’une des coques internes brûlant de l’hélium d’une étoile massive alors qu’elle était sur le point de devenir une supernova. Il dit que lorsque l’étoile est devenue supernova, son gaz riche en carbone est revenu dans la galaxie.

C’est à ce moment-là qu’il est devenu détectable.

Ces premières supernovae et leurs sous-produits représentent les premières étapes de l’enrichissement chimique cosmique. Des milliards d’années plus tard, cette évolution chimique a conduit à l’émergence d’un groupe de galaxies telles que notre propre Voie Lactée ; Chimiquement riche et – sur cette planète du moins – regorgeant de vie basée sur le carbone.

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« La danse cosmique du feu et de la glace »

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« La danse cosmique du feu et de la glace »

Le système stellaire est situé à 3 400 années-lumière.

Vendredi, l’Agence spatiale européenne (ESA) a publié une image étonnante d’un mystérieux système stellaire. L’étoile est située à 3 400 années-lumière dans la constellation du Sagittaire et se compose d’une géante rouge et de sa compagne naine blanche. L’Agence spatiale européenne l’a qualifié de « danse cosmique de glace et de feu », notant qu’elle devient de plus en plus chaude et faible.

Selon l’Agence spatiale européenne, ces étoiles mystérieuses ont surpris les astronomes avec une « éruption semblable à une nova » en 1975, augmentant leur luminosité d’environ 250 fois.

« C’est l’histoire de deux étoiles : une géante rouge fait généreusement don de matière à sa compagne naine blanche, créant ainsi un spectacle éblouissant. Du brouillard rouge ? Ce sont les vents forts de la géante rouge ! ️Mais Mira HM Sge est un véritable mystère. En 1975, les astronomes ont été surpris par une explosion semblable à une nova, mais contrairement à la plupart des novae, elle n’a pas disparu. Depuis, il fait plus chaud mais plus faible ! », lit-on dans la légende du message. Le message comprend quatre images qui, ensemble, constituent l’image complète du système stellaire symbiote.

Voir les photos ici :

Les astronomes ont utilisé de nouvelles données de Hubble et du SOFIA (Observatoire stratosphérique pour l’astronomie infrarouge) de la NASA, ainsi que des données d’archives d’autres missions, pour revisiter le système stellaire binaire.

« Grâce à Hubble et au télescope SOFIA, à la retraite, nous avons résolu l’énigme ensemble. Les données ultraviolettes de Hubble révèlent des températures torrides autour de la naine blanche, tandis que SOFIA a détecté de l’eau s’écoulant à des vitesses incroyables, indiquant la présence d’un disque de matière en rotation.

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Entre avril et septembre 1975, la luminosité du système binaire HM Sagittae a été multipliée par 250. Récemment, des observations montrent que le système est devenu plus chaud, mais paradoxalement s’est légèrement atténué.

En réponse à l’image, un utilisateur a écrit : « C’est vraiment incroyable la danse des échanges matériels entre la géante rouge et la naine blanche. »

Un autre a commenté : « C’est tellement beau et mystérieux, j’adore ça. » Un troisième a déclaré : « Superbes clichés ».

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