Une nouvelle ère de microbiologie et de dynamique des fluides
Une nouvelle ère de microbiologie et de dynamique des fluides
Les recherches récentes ont fait des progrès significatifs dans le domaine de la microbiologie. Le développement d’une puce microfluidique pour la génération de gouttelettes et l’enrichissement d’échantillons a changé la donne dans ce domaine. Cette technologie innovante utilise une combinaison unique de dynamique des fluides, de simulations informatiques et de modèles d'apprentissage profond pour concentrer les cellules et les particules, les encapsuler dans des gouttelettes et déterminer leur concentration – un processus qui révolutionne la façon dont les scientifiques et les chercheurs abordent les normes de sécurité microbiologique dans divers domaines. les industries.
Comprendre la fonctionnalité de la puce microfluidique
La puce microfluidique est une nouvelle technologie qui surmonte le compromis entre la densité de la suspension cellulaire et les performances de focalisation sur la puce. Sa conception comprend une unité de focalisation à double spirale, un module d'enrichissement d'échantillons basé sur la résistance à l'écoulement avec des sorties réglables avec précision et une unité de génération de gouttelettes à flux transversal. En utilisant une suspension de billes cellulaires de faible densité, la puce peut concentrer les cellules et les billes dans un agencement linéaire presque équidistant au sein du microcanal à double spirale. La résistance à l'écoulement au niveau du module d'enrichissement de l'échantillon est réglable, permettant d'éliminer plus de 50 % de la phase aqueuse.
Performance et efficacité de la puce microfluidique
L'étude examine l'impact du débit, de la concentration des billes et de la rigidité des copeaux sur l'efficacité de la génération de gouttelettes et de l'encapsulation des cellules/particules. Les résultats montrent que les paramètres optimisés pour l’encapsulation d’une seule perle sont un débit de 80 μL/min, une concentration de perles de 2 × 10 perles/mL et 4 unités serpentine. En outre, l’étude démontre le succès de l’encapsulation des cellules et met en évidence l’importance de la densité cellulaire en suspension pour l’efficacité de l’encapsulation. L'utilisation d'algorithmes de détection de gouttelettes basés sur YOLOv8n permet le comptage statistique des billes de cellules dans les gouttelettes, démontrant des taux d'encapsulation de cellules individuelles et de billes de 72,2 % et 79,2 % respectivement.
Applications de la technologie des puces microfluidiques
Le μMET, un type de dispositif microfluidique, propose des tests précis de dénombrement microbien (MET). Ces tests sont essentiels dans les industries pharmaceutique, cosmétique et alimentaire pour garantir les normes de sécurité microbiologique. La conception de la puce atténue les problèmes tels que l'évaporation et garantit une imagerie haute résolution, ce qui en fait une alternative rentable et réutilisable aux méthodes conventionnelles. Notamment, le μMET élimine le besoin de coloration fluorescente, rationalisant les opérations grâce à des algorithmes d’apprentissage en profondeur pour le décompte bactérien.
Implications et développements futurs
La technologie des puces microfluidiques révolutionne non seulement notre approche de la microbiologie, mais elle a également des applications potentielles dans la détection de drogues illicites. Le développement d’un système de capteurs microfluidiques multicanaux jetables qui enregistre automatiquement les empreintes digitales de drogues illicites dans deux solutions de pH différents est en cours. Ce système vise à surmonter la sélection manuelle des solutions tampons, à réduire le temps d'analyse et à minimiser le risque d'erreurs humaines.
Dans l’ensemble, la technologie des puces microfluidiques représente une avancée significative dans le domaine de la microbiologie et de la dynamique des fluides. À mesure que la recherche se poursuit, ses applications et son efficacité devraient encore évoluer, révolutionnant potentiellement de nombreux aspects des industries pharmaceutique, cosmétique et alimentaire.