Wzbogacanie akustyczne wykryło 63 klastry komórek zawierające CTC u 9 z 12 mężczyzn z przerzutowym rakiem gruczołu krokowego, podczas gdy porównawczy system CellSearch nie wykrył ani jednego klastra we krwi tych samych pacjentów (Magnusson i wsp., Analytical Chemistry 2024). Ten sam zestaw narzędzi oparty na dźwięku usunął ponad 99,999% krwinek, zanim wyizolował egzosomy o czystości 98,4% (Wu i wsp., PNAS 2017), a metoda pułapkowania akustycznego z 2024 roku odnotowała wydajność 93% pęcherzyków zewnątrzkomórkowych w 1 minutę wobec 50% w 480 minut dla ultrawirowania (Rufo i wsp., Microsystems and Nanoengineering 2024). Otwartą kwestią pozostaje szybkość: najszybsze opisane tu akustyczne sortery pracują z prędkością rzędu kilku tysięcy zdarzeń na sekundę, poniżej komercyjnych urządzeń FACS (zob. sekcja 7). Zebraliśmy dane z Nature Methods, PNAS, Analytical Chemistry, Lab on a Chip, Science Advances, Scientific Reports, Cytotherapy, Clinical Chemistry and Laboratory Medicine oraz z artykułów przeglądowych indeksowanych w Europe PMC, z węższym ukierunkowaniem na sortowanie komórek w płynących mikrokanałach niż nasze zestawienie dotyczące lewitacji akustycznej i ultradźwiękowej manipulacji cząstkami.
Uwaga o słownictwie używanym w całym tekście: «szczypce akustyczne» to urządzenia, które za pomocą fal dźwiękowych popychają, wychwytują lub sortują komórki i cząstki bez dotykania ich. «Czystość» to udział docelowego typu komórek w zebranym wyniku; «odzysk» (lub wydajność) to udział docelowych komórek z wejścia, które trafiają do wyniku. Dobre urządzenie potrzebuje obu.
TL;DR
- Akustyczne sortowanie kropel aktywowane absorbancją osiągnęło 1 kHz (1 000 kropli na sekundę) przy odzysku 98,5% i czystości 99,9% (Richter i wsp., Lab on a Chip 2022).
- Chip z pochyloną powierzchniową falą akustyczną przetwarzał próbki krążących komórek nowotworowych z prędkością 7,5 mL/h, w porównaniu z około 1,2 mL/h we wcześniejszych pracach (Wu i wsp., Small 2018).
- Płukanie akustyczne odzyskało 99% krwinek czerwonych, usuwając jednocześnie 99% lub więcej albuminy dzięki dwuetapowemu płukaniu w pętli (Sugier i wsp., Cytotherapy 2023).
- Rozdzielanie osocza metodą akustoforezy pozostawiło mniej niż 0,01% komórek w osoczu, a różnice w oznaczanych analitach względem osocza wirowanego wyniosły od 0,84% do 10,50% (Nath i wsp., Clinical Chemistry and Laboratory Medicine 2025).
- Żywotność komórek HeLa wyniosła 90,4% przy włączonym polu akustycznym wobec 91,5% przy wyłączonym (Li i wsp., PNAS 2015).
- Wzbogacanie akustyczne wykryło 63 klastry zawierające CTC u 9 z 12 pacjentów z rakiem prostaty; CellSearch nie wykrył żadnego (Magnusson i wsp., Analytical Chemistry 2024).
- Zintegrowany chip akustyczny usunął ponad 99,999% krwinek i wyizolował egzosomy o czystości 98,4% i odzysku 82,4% (Wu i wsp., PNAS 2017).
- Macierze oscylujących mikropęcherzyków wyizolowały egzosomy o czystości 93% z nierozcieńczonej pełnej krwi myszy w około 3 minuty, wobec około 16 godzin w przypadku metod konwencjonalnych (Li i wsp., Science Advances 2025).
- Szczypce akustyczne wykorzystują 0,01 do 10 W/cm2, wobec 1 000 000 do 10 000 000 W/cm2 w szczypcach optycznych (Ozcelik i wsp., Nature Methods 2018).
- Akustyczny sorter oparty na obrazie osiągnął do 400 komórek na sekundę przy czystości powyżej 92% i żywotności powyżej 90% (Nawaz i wsp., Lab on a Chip 2023).
- Sortowanie FACS podniosło stosunek glutationu utlenionego do zredukowanego blisko 7-krotnie w sortowanych komórkach (Llufrio i wsp., Redox Biology 2018).
1. Przepustowość: fale objętościowe, fale powierzchniowe i luka w natężeniu przepływu
Dziedzina akustofluidyki dzieli się na dwie rodziny urządzeń, a ten podział ujawnia się najpierw w przepustowości. Urządzenia z objętościową falą akustyczną (BAW) wprawiają w drgania cały kanał, tworząc w nim falę stojącą; urządzenia z powierzchniową falą akustyczną (SAW) wysyłają fale po powierzchni chipa piezoelektrycznego, co daje precyzyjniejszą kontrolę przy mniejszych objętościach. Urządzenia BAW osiągają około 10 mL/min, podczas gdy urządzenia SAW przetwarzają mniej niż 1 mL/min (Ozcelik i wsp., Nature Methods 2018). Większość wyników dotyczących precyzji w tym zestawieniu pochodzi z chipów SAW; większość wyników dotyczących objętości pochodzi z BAW.
Praktycznym punktem odniesienia jest probówka z krwią. Chip z pochyloną stojącą falą SAW przetworzył 7,5 mL krwi pacjenta z prędkością 7,5 mL/h, co daje mniej więcej godzinę na standardową probówkę (7,5 mL / 7,5 mL/h = 1 h), a autorzy opisują to jako poprawę nawet siedmiokrotną w stosunku do około 1,2 mL/h we wcześniejszym projekcie (Wu i wsp., Small 2018). Kliniczne przetwarzanie krwi stawia znacznie wyższą poprzeczkę: afereza wymaga 30 do 80 mL/min (Hossein i Angeli, Biophysical Reviews 2023), czyli 1 800 do 4 800 mL/h, co stanowi 240 do 640 razy więcej niż chip o wydajności 7,5 mL/h.
| Metryka | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| Typowa przepustowość, urządzenia z objętościową falą akustyczną (BAW) wobec urządzeń z powierzchniową falą akustyczną (SAW) | Około 10 mL/min wobec mniej niż 1 mL/min | Ozcelik i wsp., Nature Methods 2018 |
| Zakres natężenia przepływu akustycznej płuczki komórek AcouWash 2 (przepływ niestabilny przy 900 µL/min) | 100 do 900 µL/min | Adler i wsp., Scientific Reports 2025 |
| Przepustowość separacji komórek nowotworowych, chip SAW z pochylonym kątem, projekt z 2018 roku wobec wcześniejszego projektu | 7,5 mL/h wobec około 1,2 mL/h | Wu i wsp., Small 2018 |
| Akustyczne płukanie komórek, natężenie przepływu na wejściu | 45 mL/h | Sugier i wsp., Cytotherapy 2023 |
| Separacja komórek nerwiaka zarodkowego od produktów z komórek macierzystych, przepustowość komórek | 100 000 komórek/min | Olm i wsp., Scientific Reports 2019 |
| Wymagane natężenie przepływu w klinicznej aferezie (pobieranie składników krwi) | 30 do 80 mL/min | Hossein i Angeli, Biophysical Reviews 2023 (cytując Zhou i Papautsky 2020) |
Uwaga kontekstowa: kilka wartości odniesienia dotyczących przepustowości w tej sekcji pochodzi sprzed 2023 roku; wynik dla SAW z pochylonym kątem z 2018 roku to najnowsze dostępne dane dla tej klasy urządzeń. Przegląd dziedziny z 2025 roku w Analytical Chemistry (Godary i wsp.) cytuje jedno urządzenie akustofluidyczne działające przy 3 do 520 µL/min (Mendis i wsp.), co wciąż jest znacznie poniżej wymagań aferezy.
2. Czystość i odzysk separacji: składniki krwi i płukanie komórek
Separacja akustyczna działa, ponieważ komórki różnią się wielkością, gęstością i ściśliwością, a akustyczna siła radiacyjna odpowiednio popycha je ku węzłom ciśnienia lub od nich. Wieloletnie wyniki dla składników krwi są mocne: akustyczna separacja płytek krwi od krwinek czerwonych osiągnęła 99% odzysku płytek (Petersson 2007, cytowany w Wu i wsp., Microsystems and Nanoengineering 2019). Nowsze liczby dotyczą tego, czy ta precyzja przetrwa w rzeczywistej produkcji i klinicznych procedurach.
Dwa niedawne badania sugerują, że tak, choć z kompromisami. System płukania komórek do produkcji terapii komórkowych usunął do 90% albuminy w jednym przejściu, odzyskując 99% krwinek czerwonych, a dwuetapowa pętla podniosła usuwanie albuminy do 99% lub więcej przy odzysku 99%; płukane komórki zrębu pochodzące z tkanki tłuszczowej wykazały tylko dwa geny o zróżnicowanej ekspresji (Sugier i wsp., Cytotherapy 2023). Przepływowy separator osocza, mający zmniejszać utratę krwi u wcześniaków, pozostawił w osoczu mniej niż 0,01% komórek, lecz nadal więcej komórek resztkowych niż wirowanie (mediana 642 wobec 205 na µL) (Nath i wsp., Clinical Chemistry and Laboratory Medicine 2025).
| Metryka | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| Skuteczność separacji jednojądrzastych komórek krwi obwodowej (limfocytów i monocytów), przy prędkości do 20 µL/min | 85% | Godary i wsp., przegląd Analytical Chemistry 2025 (cytując Alsved i wsp.) |
| Wzbogacenie limfocytów i monocytów z krwi pełnej (krotność wzrostu) oraz odzysk | 2 800-krotne; 88% | Wu i wsp., przegląd Microsystems and Nanoengineering 2019 (cytując Urbansky i wsp.) |
| Usuwanie albuminy i odzysk krwinek czerwonych, pojedyncze akustyczne przejście płukania | Usunięcie do 90%; odzysk 99% | Sugier i wsp., Cytotherapy 2023 |
| Usuwanie albuminy i odzysk komórek, dwuetapowe płukanie w pętli | Usunięcie 99% lub więcej; odzysk 99% | Sugier i wsp., Cytotherapy 2023 |
| Geny o zróżnicowanej ekspresji w komórkach zrębu po płukaniu w pętli wobec materiału wejściowego | 2 geny (HES4 i MIR-3648-1) | Sugier i wsp., Cytotherapy 2023 |
| Komórki pozostające w osoczu po separacji akustoforetycznej | Mniej niż 0,01% | Nath i wsp., Clinical Chemistry and Laboratory Medicine 2025 |
| Mediana płytek krwi na µL w osoczu, akustoforeza wobec wirowania | 20 477 wobec 1 537 | Nath i wsp., Clinical Chemistry and Laboratory Medicine 2025 |
| Różnica wyników badań chemii klinicznej, osocze z akustoforezy wobec osocza wirowanego (12 badań) | 0,84% (sód, 95% CI 0,48-1,19) do 10,50% (AST, 95% CI 5,02-15,99) | Nath i wsp., Clinical Chemistry and Laboratory Medicine 2025 |
Uwaga o wartościach odstających: badanie Nath wykazało też niższy poziom wolnej hemoglobiny w osoczu rozdzielonym akustycznie (zakres 0,0-0,2 g/L) niż w osoczu wirowanym (0,1-0,3 g/L), co jest zgodne z mniejszym pękaniem krwinek czerwonych (hemolizą), podczas gdy przenoszenie płytek krwi było wyraźnie słabą stroną.
3. Żywotność komórek po ekspozycji akustycznej
Żywotność to obszar, w którym metody akustyczne mają najmocniejsze argumenty. Przy różnych konstrukcjach sorterów, częstotliwościach i typach komórek żywotność po sortowaniu w przeanalizowanych tu pracach mieści się mniej więcej między 90% a 99%, a kontrolowane porównania nie wykazują istotnej utraty względem komórek niepoddanych działaniu pola. W badaniu separacji komórek nowotworowych żywotność wyniosła 90,4 ± 4,7% przy włączonym polu akustycznym i 91,5 ± 7,6% przy wyłączonym (Li i wsp., PNAS 2015).
Staranniejsze testy sięgają dalej niż samo przeżycie. W badaniu z 2013 roku komórki mikrogleju przepuszczano przez pole o częstotliwości 1,94 MHz przy napięciu do 20 Vpp (wolty międzyszczytowe, miara napięcia zasilania) i nie stwierdzono istotnej zmiany śmierci komórek, apoptozy, funkcji mitochondriów ani odpowiedzi zapalnej; komórki spędzały w polu akustycznym około 1 sekundy (Burguillos i wsp., PLoS One 2013). Krwinki czerwone przetrzymywane w urządzeniu akustycznym do 30 minut nie wykazały zmiany żywotności (Ozcelik i wsp., Nature Methods 2018). Najnowsze dostępne dane dla podstawowych prac nad biokompatybilnością: Burguillos i wsp., 2013.
| Metryka | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| Żywotność komórek HeLa, pole akustyczne włączone wobec wyłączonego | 90,4 ± 4,7% wobec 91,5 ± 7,6% | Li i wsp., PNAS 2015 |
| Śmierć komórek mikrogleju, nieprzetwarzana kontrola wobec przetwarzania akustycznego przy 20 Vpp | 9,7 ± 5,7% wobec 11,6 ± 6,9% (brak istotnej różnicy) | Burguillos i wsp., PLoS One 2013 |
| Żywotność po sortowaniu, akustofluidyczny sorter aktywowany fluorescencją (komórki HeLa) | 99,18% | Nawaz i wsp., Analytical Chemistry 2015 |
| Znormalizowana żywotność, akustyczny sorter fluorescencyjny z falą stojącą, względem komórek niesortowanych | 94,9 ± 2,0% | Ren i wsp., Small 2018 |
| Żywotność po sortowaniu, akustyczny sorter kropel ze skupiającymi przetwornikami | 93,5% | Zhong i wsp., Small 2021 |
| Martwe komórki po dwuetapowej akustycznej separacji komórek nowotworowych wobec kontroli inkubowanych na lodzie | 3,2% wobec 8,2% | Undvall Anand i wsp., Analytical Chemistry 2021 |
| Komórki martwicze po płukaniu akustycznym wobec płukania w wirówce (mysie limfoblasty T znakowane radioizotopem) | 7% ± 2% wobec 12% ± 3% (P = 0,0093) | Adler i wsp., Scientific Reports 2025 |
| Proliferacja limfocytów T w 6. dniu, sortowane akustycznie wobec niesortowanych | 89,8 ± 5,0% wobec 86,7 ± 4,3% (brak istotnej różnicy) | Olm i wsp., Scientific Reports 2019 |
Uwaga kontekstowa: delikatność nie jest darmowa. To samo badanie z 2025 roku wykazało średni odzysk komórek na poziomie 22% ± 10% przy płuczce akustycznej wobec 55% ± 2% przy wirówce (P = 0,06, n = 5), więc metoda łagodna dla komórek traciła ich więcej (Adler i wsp., Scientific Reports 2025).
4. Izolacja krążących komórek nowotworowych (CTC) z krwi
Krążące komórki nowotworowe to komórki rakowe uwolnione do krwiobiegu i są rzadkie: zwykle od 1 do 100 komórek na mL krwi, ukrytych wśród milionów białych krwinek (Li i wsp., PNAS 2015). Separacja akustyczna jest bezznacznikowa, co oznacza, że nie zależy od wiązania przeciwciała z markerem powierzchniowym, więc w zasadzie może wychwycić komórki nowotworowe, które pomijają testy oparte na markerach. Badanie na pacjentach z 2024 roku to najmocniejszy dowód tego w niniejszym zestawieniu: wzbogacanie akustyczne wykryło 63 klastry komórek zawierające CTC u 9 z 12 pacjentów z przerzutowym rakiem prostaty i wykryło więcej CTC niż CellSearch u wszystkich 10 pacjentów, u których wykonano oba badania (Magnusson i wsp., Analytical Chemistry 2024).
Widoczne są też ograniczenia. Średnica CTC u pacjentów wahała się od 7 do 28 µm, więc najmniejsze komórki nowotworowe nakładają się z białymi krwinkami i mogą zostać utracone, a kohorta liczyła tylko 12 pacjentów. Czystość pozostaje trudną częścią: dwuetapowa metoda BAW osiągnęła 459 ± 188-krotne zubożenie białych krwinek, ale odzyskała 42% żywych komórek rakowych (Undvall Anand i wsp., Analytical Chemistry 2021). Informacje o metodach biopsji płynnej mają tu charakter techniczny i nie stanowią wskazówek klinicznych.
| Metryka | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| Odzysk dodanych komórek rakowych, SAW z pochylonym kątem (usunięcie białych krwinek około 90%) | Ponad 83% (83% do 96%) | Li i wsp., PNAS 2015 |
| CTC wykryte we krwi pacjentów z przerzutowym rakiem piersi, pierwszych dwóch pacjentów (po 2 mL) | 59 i 8 | Li i wsp., PNAS 2015 |
| Odzysk dodanych komórek rakowych przy 7,5 mL/h | Ponad 86% | Wu i wsp., Small 2018 |
| Liczba CTC u 5 pacjentów z rakiem gruczołu krokowego opornym na kastrację | 0,93 do 400 na mL | Wu i wsp., Small 2018 |
| Odzysk i czystość, akustoforeza dodanych komórek raka prostaty przy 70 µL/min | odzysk 72,5-93,9%; czystość 79,6-99,7% | Wu i wsp., przegląd Microsystems and Nanoengineering 2019 (cytując Augustsson 2012) |
| Pacjenci z liczbą CTC powyżej progu dla zdrowych kontroli (13,8 komórek na 6 mL) | 7 z 12 | Magnusson i wsp., Analytical Chemistry 2024 |
| Wykryte klastry zawierające CTC, wzbogacanie akustyczne wobec CellSearch | 63 klastry u 9 z 12 pacjentów wobec zera | Magnusson i wsp., Analytical Chemistry 2024 |
| Zubożenie białych krwinek i odzysk żywych komórek rakowych, dwuetapowa BAW (10 000 dodanych komórek) | 459 ± 188-krotne; 42% | Undvall Anand i wsp., Analytical Chemistry 2021 |
Uwaga o wartościach odstających: mediana średnicy CTC w kohorcie raka prostaty z 2018 roku wynosiła 16,5 µm wobec 11,8 ± 0,54 µm dla białych krwinek (Wu i wsp., Small 2018), a wspomniane badanie na pacjentach z 2024 roku podało medianę 17,0 µm. Akustyczne sortowanie według wielkości zależy od tej różnicy.
5. Separacja egzosomów i pęcherzyków zewnątrzkomórkowych
Egzosomy to nanoskalowe pęcherzyki (mniej więcej 30 do 150 nm) uwalniane przez komórki i niosące białka oraz RNA; trudno je izolować, ponieważ są tysiące razy mniejsze od krwinek. Konwencjonalny punkt odniesienia, czyli ultrawirowanie, jest powolny i stratny: Tabela 1 w przeglądzie z 2023 roku podaje dla niego 5% do 50% wydajności i 23% do 70% czystości, wobec około 82% wydajności i 98% czystości dla akustofluidyki (Hossein i Angeli, Biophysical Reviews 2023). Zintegrowany chip akustyczny stojący za tą liczbą usunął ponad 99,999% krwinek i przetworzył 100 µL krwi pełnej w około 25 minut (Wu i wsp., PNAS 2017).
Prace z lat 2024-2025 przesuwają nacisk z czystości na szybkość i wielkość próbki. Jedna z metod akustycznego dysku podała czas od próbki do wyniku wynoszący 30 minut z 10 µL krwi, przy wydajności 86% i 120-krotnym wzroście czystości (Naquin i wsp., Science Advances 2024). Projekt z 2025 roku, który jego autorzy nazywają metamateriałem (ta sama idea konstrukcji inżynieryjnej, którą omawiamy w zestawieniu o metamateriałach akustycznych), zbudowany z 46 750 oscylujących mikropęcherzyków, wyizolował egzosomy o czystości 93% z nierozcieńczonej krwi myszy w około 3 minuty na chipie kosztującym mniej niż 1 $ (Li i wsp., Science Advances 2025).
| Metryka | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| Stopień usunięcia krwinek, zintegrowany akustofluidyczny chip do egzosomów | Ponad 99,999% | Wu i wsp., PNAS 2017 |
| Czystość i odzysk egzosomów z krwi pełnej (cząstki poniżej 140 nm) | czystość 98,4%; odzysk 82,4% | Wu i wsp., PNAS 2017 |
| Wydajność i czystość egzosomów, ultrawirowanie (zakres z literatury) | wydajność 5-50%; czystość 23-70% | Hossein i Angeli, Biophysical Reviews 2023 |
| Wydajność i czystość egzosomów, zestaw do precypitacji ExoQuick (zakres z literatury) | wydajność 40-80%; czystość 28-87% | Hossein i Angeli, Biophysical Reviews 2023 |
| Wydajność pęcherzyków zewnątrzkomórkowych i czas przetwarzania, pułapkowanie akustyczne FLOAT wobec ultrawirowania (mocz) | 93% wobec 50%; 1 min wobec 480 min | Rufo i wsp., Microsystems and Nanoengineering 2024 |
| Wydajność egzosomów i wzrost czystości, dysk akustyczny ASCENDx | wydajność 86%; 120-krotny wzrost czystości | Naquin i wsp., Science Advances 2024 |
| Czystość egzosomów i czas przetwarzania, macierze oscylujących mikropęcherzyków wobec metod konwencjonalnych | 93% w około 3 min wobec około 16 godzin | Li i wsp., Science Advances 2025 |
| Wydajność pęcherzyków, nanofiltr na stojącej fali SAW dla pęcherzyków poniżej 200 nm | Około 90% | Lan i wsp., przegląd Advanced Science 2025 (cytując Lee i wsp. 2015) |
Uwaga kontekstowa: wyniki diagnostyczne przypisywane tym metodom pochodzą z małych zbiorów. ASCENDx podał czułość 95,8% i swoistość 100% w klasyfikacji próbek nowotworowych wobec zdrowych, lecz na widmach z niewielkiego zbioru pacjentów (Naquin i wsp., Science Advances 2024), a badanie z mikropęcherzykami wykorzystywało wyłącznie krew myszy.
6. Częstotliwości robocze, moc i siły
Szczypce akustyczne zajmują łagodny zakątek fizyki. Stosują one 0,01 do 10 W/cm2 mocy akustycznej, wobec 1 000 000 do 10 000 000 W/cm2 w szczypcach optycznych, przy częstotliwościach od 1 kHz do 500 MHz (Ozcelik i wsp., Nature Methods 2018). Autorzy porównują to z ultrasonografią diagnostyczną przy 2 do 18 MHz i poniżej 1 W/cm2; ultradźwięki terapeutyczne to zupełnie inny reżim, jak pokazują nasze statystyki ablacji guzów skoncentrowaną wiązką ultradźwięków dużej intensywności (HIFU). Zaangażowane siły są znikome: akustyczne siły radiacyjne działające na krwinki czerwone wynoszą około 2 pN.
Częstotliwość wyznacza skalę kontroli. Urządzenia SAW stosowane w biologii komórki pracują zazwyczaj przy 10 do 400 MHz, a długości fal stojących wynoszą 10 do 400 µm, dopasowane do rozmiarów komórek (He i wsp., Science Advances 2025). Wartości mocy poniżej są często podawane w dBm, jednostce logarytmicznej, w której 24 dBm to około 251 mW, a 33 dBm około 2 W. Konstrukcja przetwornika liczy się tak samo jak częstotliwość: sorter kropel ze skupiającym przetwornikiem pracuje poniżej 20 Vpp, podczas gdy inne sortery opisuje się jako wymagające ponad 200 Vpp (Zhong i wsp., Small 2021). Informacje o rynku sprzętu stojącym za tymi komponentami znajdziesz w naszych statystykach rynku przetworników ultradźwiękowych.
| Metryka | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| Typowy zakres częstotliwości roboczych, urządzenia BAW wobec urządzeń SAW | 100 kHz do 10 MHz wobec 1 MHz do 1 GHz | Wu i wsp., przegląd Microsystems and Nanoengineering 2019 |
| Moc wejściowa, szczypce akustyczne wobec szczypiec optycznych | 0,01 do 10 W/cm2 wobec 1 000 000 do 10 000 000 W/cm2 | Ozcelik i wsp., Nature Methods 2018 |
| Napięcie zasilania, akustyczny sorter kropel ze skupiającym przetwornikiem wobec innych sorterów | Poniżej 20 Vpp wobec ponad 200 Vpp | Zhong i wsp., Small 2021 |
| Zakres częstotliwości SAW stosowany w biologii komórki i odpowiadająca mu długość fali | 10 do 400 MHz; 10 do 400 µm | He i wsp., Science Advances 2025 |
| Wzbogacanie CTC raka prostaty metodą BAW, pola wstępnego ogniskowania i separacji | Około 5 MHz i około 2 MHz | Magnusson i wsp., Analytical Chemistry 2024 |
| Separacja CTC metodą SAW z pochylonym kątem, częstotliwość i moc | 19,573 MHz; 37-38 dBm | Li i wsp., PNAS 2015 |
| Sorter oparty na obrazie z skupioną biegnącą falą SAW, częstotliwość i moc wobec wcześniejszego projektu ze stojącą falą SAW | 135 MHz; około 1,9 W wobec około 3,8 W | Nawaz i wsp., Lab on a Chip 2023 |
| Sorter kropel aktywowany absorbancją, częstotliwość SAW i moc | 162 MHz; 251 mW (24 dBm) | Richter i wsp., Lab on a Chip 2022 |
Uwaga kontekstowa: zwykłym ograniczeniem jest ciepło. Badanie Burguillos wykazało, że 25 Vpp przekraczało limit temperatury 37 C, a macierz mikropęcherzyków z 2025 roku odnotowała wzrost temperatury zaledwie o 1,92 C (Li i wsp., Science Advances 2025).
7. Sortery akustyczne a FACS i inne metody
Sortowanie komórek aktywowane fluorescencją (FACS) to referencyjny przyrząd do sortowania komórek według znaczników fluorescencyjnych i pod względem surowej szybkości nadal wygrywa. Komercyjne FACS przekracza 10 000 cząstek na sekundę, podczas gdy pierwszy w pełni akustyczny system FACS sortował 150 cząstek na sekundę (Wu i wsp., przegląd Microsystems and Nanoengineering 2019). Konstrukcje SAW zdołały od tego czasu zniwelować znaczną część tej luki: akustyczny sorter z falą stojącą utrzymał czystość powyżej 90% przy 2 500 zdarzeń na sekundę, co jego autorzy nadal opisują jako wolniejsze o mniej więcej jeden rząd wielkości od komercyjnych urządzeń FACS (Ren i wsp., Small 2018).
Argument za metodami akustycznymi dotyczy tego, co dzieje się z komórkami, a nie szybkości. W astrocytach sortowanych metodą FACS (ciśnienie płynu osłonowego 45 psi) stosunek glutationu utlenionego do zredukowanego wzrósł blisko 7-krotnie, poziom reaktywnych form tlenu wzrósł o około 50%, a stosunek ADP/ATP ponad 4-krotnie (Llufrio i wsp., Redox Biology 2018). To badanie nie testowało sortowania akustycznego, więc jest wzorcem stresu FACS, a nie wynikiem bezpośredniego porównania. Nowsze konstrukcje akustyczne dodają możliwości, których FACS nie ma, takie jak decyzje oparte na obrazie (Nawaz i wsp., Lab on a Chip 2023) oraz sortowanie kropel z częstotliwością kHz (Richter i wsp., Lab on a Chip 2022).
| Metryka | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| Przepustowość, komercyjne FACS wobec pierwszego w pełni akustycznego (BAW) systemu FACS | Ponad 10 000 wobec 150 cząstek/s | Wu i wsp., przegląd Microsystems and Nanoengineering 2019 |
| Przepustowość i czystość, akustofluidyczny sorter aktywowany fluorescencją (komórki HeLa) | Około 1 200 zdarzeń/s; 92,3 ± 3,39% | Nawaz i wsp., Analytical Chemistry 2015 |
| Przepustowość, przy której czystość pozostaje powyżej 90%, akustyczny sorter fluorescencyjny z falą stojącą | 2 500 zdarzeń/s | Ren i wsp., Small 2018 |
| Teoretyczne maksimum szybkości sortowania przy czasie odchylenia akustycznego 100 µs | 10 000 zdarzeń/s | Ren i wsp., Small 2018 |
| Szybkość i czystość akustycznego sortowania opartego na obrazie | Do 400 komórek/s; ponad 92% | Nawaz i wsp., Lab on a Chip 2023 |
| Przepustowość i czystość akustycznego sortera kropel (krople z komórkami, 14,8% przed sortowaniem) | Ponad 1 000 zdarzeń/s; do 99,2% | Zhong i wsp., Small 2021 |
| Szybkość, odzysk i czystość akustycznego sortowania kropel aktywowanego absorbancją | 1 kHz; odzysk 98,5%; czystość 99,9% | Richter i wsp., Lab on a Chip 2022 |
| Stosunek glutationu utlenionego do zredukowanego w komórkach sortowanych FACS wobec szybko przetwarzanych | Blisko 7-krotnie wyższy | Llufrio i wsp., Redox Biology 2018 |
Uwaga kontekstowa: porównania szybkości mieszają sortowanie ze znacznikiem i bez znacznika oraz kulki i komórki. Wspomniany sorter z falą stojącą z 2018 roku to najnowsze dostępne dane dla bezpośredniego stwierdzenia o przepustowości w zestawieniu akustycznego sortowania z FACS. Przegląd Analytical Chemistry z 2025 roku (Godary i wsp.) podaje sorter kropel z prędkością 1 000 kropli/s oraz sortowanie klastrów komórek beta pochodzących z komórek macierzystych z prędkością do 0,2 klastra/s, co pokazuje, jak bardzo przepustowość zależy od sortowanego obiektu.
Podsumowanie: szczypce akustyczne i akustofluidyczne sortowanie komórek w liczbach
| Metryka | Wartość | Źródło |
|---|---|---|
| Klastry zawierające CTC, wzbogacanie akustyczne wobec CellSearch (12 pacjentów z rakiem prostaty) | 63 u 9 z 12 pacjentów wobec zera | Magnusson i wsp., Analytical Chemistry 2024 |
| Zubożenie białych krwinek i odzysk żywych komórek rakowych, dwuetapowa separacja BAW | 459 ± 188-krotne; 42% | Undvall Anand i wsp., Analytical Chemistry 2021 |
| Szybkość i czystość akustycznego sortowania kropel aktywowanego absorbancją | 1 kHz; 99,9% | Richter i wsp., Lab on a Chip 2022 |
| Przepustowość separacji komórek nowotworowych, chip SAW z pochylonym kątem | 7,5 mL/h | Wu i wsp., Small 2018 |
| Wymagane natężenie przepływu w klinicznej aferezie | 30 do 80 mL/min | Hossein i Angeli, Biophysical Reviews 2023 |
| Usuwanie albuminy i odzysk komórek, dwuetapowe płukanie akustyczne | 99% lub więcej; 99% | Sugier i wsp., Cytotherapy 2023 |
| Komórki pozostające w osoczu po separacji akustoforetycznej | Mniej niż 0,01% | Nath i wsp., Clinical Chemistry and Laboratory Medicine 2025 |
| Żywotność komórek HeLa, pole akustyczne włączone wobec wyłączonego | 90,4% wobec 91,5% | Li i wsp., PNAS 2015 |
| Żywotność po sortowaniu, akustofluidyczny sorter fluorescencyjny | 99,18% | Nawaz i wsp., Analytical Chemistry 2015 |
| Komórki martwicze, płukanie akustyczne wobec płukania w wirówce | 7% wobec 12% | Adler i wsp., Scientific Reports 2025 |
| Odzysk komórek, płukanie akustyczne wobec płukania w wirówce | 22% wobec 55% | Adler i wsp., Scientific Reports 2025 |
| Usunięcie krwinek przed izolacją egzosomów | Ponad 99,999% | Wu i wsp., PNAS 2017 |
| Czystość i odzysk egzosomów, chip akustofluidyczny | 98,4%; 82,4% | Wu i wsp., PNAS 2017 |
| Wydajność egzosomów, ultrawirowanie (zakres z literatury) | 5% do 50% | Hossein i Angeli, Biophysical Reviews 2023 |
| Wydajność pęcherzyków zewnątrzkomórkowych i czas, FLOAT wobec ultrawirowania | 93% w 1 min wobec 50% w 480 min | Rufo i wsp., Microsystems and Nanoengineering 2024 |
| Czystość egzosomów i czas, macierze oscylujących mikropęcherzyków | 93% w około 3 min | Li i wsp., Science Advances 2025 |
| Moc wejściowa szczypiec akustycznych wobec optycznych | 0,01-10 wobec 1 000 000-10 000 000 W/cm2 | Ozcelik i wsp., Nature Methods 2018 |
| Przepustowość sortera akustycznego przy czystości powyżej 90% | 2 500 zdarzeń/s | Ren i wsp., Small 2018 |
| Szybkość akustycznego sortowania opartego na obrazie | Do 400 komórek/s | Nawaz i wsp., Lab on a Chip 2023 |
| Stosunek glutationu utlenionego do zredukowanego, komórki sortowane FACS wobec szybko przetwarzanych | Blisko 7-krotnie wyższy | Llufrio i wsp., Redox Biology 2018 |
Metodologia i źródła
Przeszukaliśmy Europe PMC i otwarty internet pod kątem recenzowanych badań i przeglądów dotyczących separacji akustofluidycznej, w pierwszej kolejności wybieraliśmy pełne teksty w otwartym dostępie, które mogliśmy przeczytać w całości, a dla liczb zaczerpniętych z przeglądów podawaliśmy oryginalne badanie, które dany przegląd cytuje. Każda wartość powyżej została odczytana w cytowanej pracy lub przeglądzie podczas badań do tej aktualizacji; dwa źródła (Sugier 2023, Nath 2025) przeczytano wyłącznie na poziomie streszczenia.
- Magnusson i wsp., Acoustic Enrichment of Heterogeneous Circulating Tumor Cells and Clusters from Metastatic Prostate Cancer Patients, Analytical Chemistry 2024
- Ozcelik i wsp., Acoustic tweezers for the life sciences, Nature Methods 2018
- Wu i wsp., Acoustofluidic separation of cells and particles, Microsystems and Nanoengineering 2019
- Hossein i Angeli, A review of acoustofluidic separation of bioparticles, Biophysical Reviews 2023
- Godary i wsp., Acoustofluidics: Technology Advances and Applications from 2022 to 2024, Analytical Chemistry 2025
- Lan i wsp., Microfluidic Nanoparticle Separation for Precision Medicine, Advanced Science 2025
- He i wsp., Acoustic technologies for the orchestration of cellular functions for therapeutic applications, Science Advances 2025
- Li i wsp., Acoustic separation of circulating tumor cells, PNAS 2015
- Wu i wsp., Circulating Tumor Cell Phenotyping via High-Throughput Acoustic Separation, Small 2018
- Undvall Anand i wsp., Two-Step Acoustophoresis Separation of Live Tumor Cells from Whole Blood, Analytical Chemistry 2021
- Wu i wsp., Isolation of exosomes from whole blood by integrating acoustics and microfluidics, PNAS 2017
- Naquin i wsp., Acoustic separation and concentration of exosomes for nucleotide detection: ASCENDx, Science Advances 2024
- Rufo i wsp., High-yield and rapid isolation of extracellular vesicles by flocculation via orbital acoustic trapping: FLOAT, Microsystems and Nanoengineering 2024
- Li i wsp., Oscillating microbubble array-based metamaterials for rapid isolation of high-purity exosomes, Science Advances 2025
- Burguillos i wsp., Microchannel acoustophoresis does not impact survival or function of microglia, leukocytes or tumor cells, PLoS One 2013
- Adler i wsp., Centrifuge-free cell radiolabeling using acoustophoresis, Scientific Reports 2025
- Olm i wsp., Label-free neuroblastoma cell separation from hematopoietic progenitor cell products using acoustophoresis, Scientific Reports 2019
- Sugier i wsp., Feasibility of an acoustophoresis-based system for a high-throughput cell washing, Cytotherapy 2023 (streszczenie)
- Nath i wsp., Acoustophoresis-based blood sampling and plasma separation for potentially minimizing sampling-related blood loss, Clinical Chemistry and Laboratory Medicine 2025 (streszczenie)
- Nawaz i wsp., Acoustofluidic Fluorescence Activated Cell Sorter, Analytical Chemistry 2015
- Ren i wsp., Standing Surface Acoustic Wave (SSAW)-Based Fluorescence-Activated Cell Sorter, Small 2018
- Nawaz i wsp., Image-based cell sorting using focused travelling surface acoustic waves, Lab on a Chip 2023
- Richter i wsp., Acoustic sorting of microfluidic droplets at kHz rates using optical absorbance, Lab on a Chip 2022
- Zhong i wsp., Acoustofluidic Droplet Sorter Based on Single Phase Focused Transducers, Small 2021
- Llufrio i wsp., Sorting cells alters their redox state and cellular metabolome, Redox Biology 2018
- Uwaga o danych: to jest dziedzina badawcza, a nie rynek, więc nie ma tu ogólnobranżowego wskaźnika wdrożenia ani wielkości rynku i nie podajemy żadnego. Wiele przełomowych wartości odniesienia (Li 2015, Wu 2017, Ozcelik 2018, Ren 2018) ma więcej niż trzy lata i pozostaje najnowszymi dostępnymi danymi dla swojego konkretnego wskaźnika. Liczby cytowane z przeglądów z 2019 i 2023 roku pochodzą z badań, które te przeglądy przywołują; jeśli przegląd nie podawał roku oryginału, wskazujemy wyłącznie oryginalnego autora. Wyniki urządzeń pochodzą głównie z linii komórkowych z dodanymi komórkami i małych grup pacjentów (12 pacjentów w Magnusson 2024, 5 w Wu 2018), więc nie są to kliniczne wskaźniki skuteczności. Podawane czystość i odzysk zależą silnie od proporcji dodanych komórek, natężenia przepływu i mocy, przez co porównania między badaniami są przybliżone. Pracę z 2026 roku z Analyst o chipie ze skupioną biegnącą falą SAW do sortowania czerwonych i białych krwinek (Deng i wsp., tom 151) wykluczono, ponieważ pełny tekst był niedostępny. Praca o FLOAT podaje w streszczeniu 20 mL, a we wprowadzeniu 100 mL jako objętość bazową dla ultrawirowania, a wynik dla 1 000 komórek w Undvall Anand 2021 podaje w streszczeniu 247-krotne zubożenie, ale w wynikach 282-krotne; żadnej z tych spornych wartości nie użyliśmy jako nagłówkowej.
- Ostatnia aktualizacja: 25 października 2026 roku. Aktualizujemy to zestawienie kwartalnie, a kolejnego odświeżenia spodziewamy się, gdy w Europe PMC zostaną zaindeksowane następny przegląd akustofluidyki w Analytical Chemistry oraz nowe badania z 2026 roku w Lab on a Chip dotyczące CTC i egzosomów.