Samples en reagentia die in robotkarretjes door het lab toeren, maar dan op microschaal. Dat is de essentie van het ferrobotic system dat eind februari werd gepresenteerd in Science Robotics. Volgens Sam Emaminejad en zijn groep aan de University of California in Los Angeles zit de grootste handicap van traditionele microfluïdische systemen in hun starheid: vloeistoffen kunnen alleen vaste routes volgen. Vandaar het voorstel om ze in plaats daarvan op te sluiten in druppels van een ferrofluid. Om precies te zijn ferumoxytol, een preparaat met Fe₃O₄-nanodeeltjes tegen bloedarmoede. Het wordt intraveneus toegediend en is dus per definitie compatibel met samples uit menselijk bloed.

De druppels dispergeer je in een olielaagje op een dunne kunststof ondergrond. De ijzerdeeltjes gedragen zich superparamagnetisch en zullen dus worden aangetrokken door een permanent magneetje dat onder de bodem ligt, los op een array van elektromagneetspoeltjes. Door die beurtelings te bekrachtigen sleep je de ferrobot over de array, en de druppel gaat mee. Zelfs bij snelheden van 10 cm/s gaat dat nog goed.

De publicatie draagt diverse ideeën aan om de druppels te bewerken. Zo kun je ze verkleinen door ze tegen een kartelrand te laten aanschurken; wat achterblijft haal je later op met een andere magneet. Voor nog kleinere druppeltjes trek je de ferrofluid door een gaatje in een dubbele bodem; op vergelijkbare wijze kun je ook filtreren. Om twee druppels te laten versmelten duw je ze naast elkaar tegen een paar elektrodes, waarover je een potentiaalverschil zet. Mengen kan daarna door de ferrobot in hoog tempo rondjes te laten dansen. Om te zien of er vervolgens iets gebeurt, schuif je de druppels onder een spectrometer naar keuze. De kwaliteit van de besturingssoftware bepaalt hoe snel en efficiënt het gaat.

Dansvloer

De foto bij dit artikel toont een dansvloer van 51 bij 51 mm die met behulp van een lasersnijder is opgebouwd uit PET-folie en dubbelzijdig plakband. De bodem bevat 32 x 32 spoeltjes van 1,5 mm diameter; de losse magneetjes meten 2,5 mm.

Als demonstratie bepaalde Emaminejad er concentraties van metallopeptidase-enzymen in menselijk plasma mee met FRET-fluorescentiemetingen. Voor deze biomarkers bleek de meetnauwkeurigheid vol­doende hoog. Om het analyseproces te versnellen, werden drie ferrobots tegelijk ingezet die onder meer ter plekke verschillende verdunningen van de kalibratievloeistof samenstelden.

_{Emaminejad, Science Robotics, 2020}