Engenheiros meca¢nicos da Duke University estãousando duas "vozes" eletra´nicas cantando um dueto harma´nico para controlarpartículas e células suspensas de maneiras novas e valiosas. Seu dispositivo prota³tipo pode formar e girar um cristal de camada única a partir de um grupo departículas, criar formas arbitra¡rias com um determinado número departículas e mover pares de células biológicas juntas e separadas centenas de vezes.

Essas habilidades podem servir a uma ampla variedade de campos, como ciência dos materiais, física da matéria condensada mole, biofa­sica, ciências da vida e medicina.

Por exemplo, os pesquisadores mostraram que o dispositivo pode emparelhar seletivamente duas células individuais e medir suas forças de adesão osum feito que os médicos podem usar para determinar o tratamento para pacientes com câncer individuais. Por causa da destreza e suavidade do dispositivo acaºstico, os pesquisadores o chamaram de plataforma HANDS. (Acaºstica harma´nica para manipulação departículas sem contato, dina¢mica e seletiva.)

Os resultados aparecem online nesta quinta-feira (24) na revista Nature Materials .

"A separação departículas ou células pareadas tem sido um dos principais alvos no campo da manipulação acústica por muitos anos", disse Tony Jun Huang, William Bevan Distinguished Professor of Mechanical Engineering and Materials Science na Duke. "Nossa plataforma HANDS éo primeiro manãtodo de separação de objetos emparelhados, que fornece um caminho para estudos de interação canãlula-canãlula que são amplamente necessa¡rios em estudos de biofa­sica e descoberta de drogas".

As pina§as acaºsticas são um campo em rápido desenvolvimento que usa vários fena´menos fa­sicos de ondas sonoras para manipular suavementepartículas ou células suspensas em la­quidos sem toca¡-las. Alguns exemplos prendempartículas entre duas ondas sonoras e ajustam a fase ou o ponto de origem das ondas para movê-las. Outros criam padraµes combinando duas ondas sonoras esta¡ticas para separar aspartículas em diferentes formações, como uma grade.

Agora, os pesquisadores adicionaram uma nova camada de complexidade a esses dispositivos, introduzindo melodias e harmonias piezoelanãtricas na configuração. Onde os dispositivos anteriores criam ondas estaciona¡rias esta¡ticas, o prota³tipo da plataforma HANDS usa um gerador de funções para criar ondas estaciona¡rias complexas que mudam rapidamente. Pode-se pensar nisso como se, em vez das ma¡quinas cantando uma única nota, elas agora estivessem atingindo os altos e baixos rápidos de uma a³pera complicada com dois cantores.

O novo dispositivo funciona colocando transdutores de criação de som em cada lado de uma pequena ca¢mara quadrada cheia de la­quido. Esses quatro transdutores trabalham em sintonia com aqueles diretamente a  sua frente, formando dois pares. Um cria padraµes na ca¢mara horizontalmente e o outro verticalmente. A interação desses dois padraµes de ondas sonoras complexas e que mudam rapidamente cria habilidades dina¢micas nunca antes demonstradas em campo.

“Simulei como essas ondas podem se combinar para manipular aspartículas na ca¢mara e, em seguida, fiz experimentos para ver os resultados reais”, disse Shujie Yang, associado de pa³s-doutorado no laboratório Huang. "Demorou muito tempo e muitas tentativas, mas finalmente as simulações ficaram boas o suficiente para comea§ar a combinar os resultados. E uma vez que as simulações estivessem precisas, eu poderia comea§ar a prever novas habilidades."

No artigo, Yang demonstra várias novas habilidades das pina§as acaºsticas de dueto harma´nico. Em um experimento, ele mostra que a plataforma HANDS pode achatar e modelar um aglomerado 3D de 24partículas em uma estrutura cristalina. Ele pode girar essas formações planas como um prato na ponta do dedo.

Passando para a manipulação departículas individuais, o artigo demonstrapartículas atraa­das em três formações diferentes com uma nota¡vel semelhança com as letras O, D e K. O dispositivo então junta dezenas departículas únicas como adolescentes em um baile escolar e mostra que pode puxar cada emparelhar e junta¡-los novamente mais de mil vezes.

Na demonstração final, Yang mostra que o dispositivo pode selecionar um aºnico par de células de uma linha, junta¡-las e separa¡-las. Ele então usa essa habilidade para medir as forças de adesão em ação entre duas células que se tocam.

Segundo os pesquisadores, essa éa habilidade mais empolgante da plataforma HANDS, pois pode permitir testes detalhados para medicina personalizada.

"Estou entusiasmado com as capacidades desta plataforma, que étão gentil quanto as ma£os de uma ma£e", disse Luke Lee, professor de medicina da Harvard Medical School, que écolider da pesquisa. "As ma£os delicadas e sensa­veis da ma£e nos permitem estabelecer as bases da biologia celular quantitativa e da medicina de precisão translacional".

"Por exemplo, podemos estudar sistematicamente as interações das células T com células cancera­genas de maneira de alto rendimento e obter forças de interação canãlula-canãlula de precisão", disse Lee. “Isso pode ajudar os médicos a encontrar a terapia celular mais eficaz e especa­fica para os pacientes como medicina de precisão personalizada”.