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Drop-of-sample rheometry of biological fluids by noncontact acoustic tweezing spectroscopy
Lab on a Chip ( IF 6.1 ) Pub Date : 2022-07-12 , DOI: 10.1039/d2lc00356b Nithya Kasireddy 1 , Jeremy C Orie 1 , Damir B Khismatullin 1
Lab on a Chip ( IF 6.1 ) Pub Date : 2022-07-12 , DOI: 10.1039/d2lc00356b Nithya Kasireddy 1 , Jeremy C Orie 1 , Damir B Khismatullin 1
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Knowledge of rheological properties, such as viscosity and elasticity, is necessary for efficient material processing and transportation as well as biological analysis. Existing rheometers operate with large sample volume and induce sample contact with container or device walls, which are inadequate for rheological analysis of sensitive fluids limited in availability. In this work, we introduce acoustic tweezing spectroscopy (ATS), a novel noncontact rheological technique that operates with a single 4–6 μl drop of fluid sample. In ATS, a sample drop is acoustically levitated and then exposed to a modulated acoustic signal to induce its forced oscillation. The time-dependent sample viscosity and elasticity are measured from the resulting drop response. The ATS measurements of polymeric solutions (dextran, xanthan gum, gelatin) agree well with previously reported data. The ATS predicts that the shear viscosity of blood plasma increases from 1.5 cP at 1.5 min of coagulation onset to 3.35 cP at 9 min, while its shear elastic modulus grows from a negligible value to 10.7 Pa between 3.5 min and 6.5 min. Coagulation increases whole blood viscosity from 5.4 cP to 20.7 cP and elasticity from 0.1 Pa to 19.2 Pa at 15 min. In summary, ATS provides the opportunity for sensitive small-volume rheological analysis in biomedical research and medical, pharmaceutical, and chemical industries.
中文翻译：
非接触式声镊光谱法对生物体液进行滴样流变测量
了解粘度和弹性等流变特性对于高效的材料加工和运输以及生物分析是必要的。现有的流变仪需要处理大量样品，并导致样品与容器或装置壁接触，这不足以对可用性有限的敏感流体进行流变分析。在这项工作中，我们介绍了声镊光谱 (ATS)，这是一种新颖的非接触式流变技术，可使用单滴 4–6 µl 流体样品进行操作。在 ATS 中，样品滴通过声学方式悬浮，然后暴露于调制的声学信号以诱导其受迫振荡。根据所得的液滴响应来测量随时间变化的样品粘度和弹性。聚合物溶液（葡聚糖、黄原胶、明胶）的 ATS 测量结果与之前报道的数据非常吻合。ATS 预测血浆的剪切粘度从凝血开始 1.5 分钟时的 1.5 cP 增加到 9 分钟时的 3.35 cP，而其剪切弹性模量在 3.5 分钟到 6.5 分钟之间从可忽略不计的值增加到 10.7 Pa。15 分钟时，凝血使全血粘度从 5.4 cP 增加到 20.7 cP，弹性从 0.1 Pa 增加到 19.2 Pa。总之，ATS 为生物医学研究以及医疗、制药和化学工业中灵敏的小体积流变分析提供了机会。
更新日期：2022-07-12
中文翻译：
非接触式声镊光谱法对生物体液进行滴样流变测量
了解粘度和弹性等流变特性对于高效的材料加工和运输以及生物分析是必要的。现有的流变仪需要处理大量样品，并导致样品与容器或装置壁接触，这不足以对可用性有限的敏感流体进行流变分析。在这项工作中，我们介绍了声镊光谱 (ATS)，这是一种新颖的非接触式流变技术，可使用单滴 4–6 µl 流体样品进行操作。在 ATS 中，样品滴通过声学方式悬浮，然后暴露于调制的声学信号以诱导其受迫振荡。根据所得的液滴响应来测量随时间变化的样品粘度和弹性。聚合物溶液（葡聚糖、黄原胶、明胶）的 ATS 测量结果与之前报道的数据非常吻合。ATS 预测血浆的剪切粘度从凝血开始 1.5 分钟时的 1.5 cP 增加到 9 分钟时的 3.35 cP，而其剪切弹性模量在 3.5 分钟到 6.5 分钟之间从可忽略不计的值增加到 10.7 Pa。15 分钟时，凝血使全血粘度从 5.4 cP 增加到 20.7 cP，弹性从 0.1 Pa 增加到 19.2 Pa。总之，ATS 为生物医学研究以及医疗、制药和化学工业中灵敏的小体积流变分析提供了机会。
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