Los dispositivos de microfluídica son pequeños sistemas con canales microscópicos que se pueden usar para pruebas e investigaciones químicas o biomédicas. En un avance que puede cambiar el juego, los investigadores del MIT ahora han incorporado sistemas de microfluídica en fibras individuales, lo que permite procesar volúmenes mucho más grandes defluido, en formas más complejas. En cierto sentido, el avance abre una nueva era "macro" de microfluídica.
Los dispositivos de microfluidos tradicionales, desarrollados y utilizados ampliamente durante las últimas décadas, se fabrican en estructuras similares a microchips y proporcionan formas de mezclar, separar y analizar fluidos en volúmenes microscópicos. Las pruebas médicas que solo requieren una pequeña gota de sangre,por ejemplo, a menudo dependen de la microfluídica, pero la escala diminuta de estos dispositivos también presenta limitaciones; por ejemplo, generalmente no son útiles para procedimientos que necesitan mayores volúmenes de líquido para detectar sustancias presentes en pequeñas cantidades.
Un equipo de investigadores del MIT encontró una forma de evitarlo, al hacer canales microfluídicos dentro de las fibras. Las fibras se fabrican el tiempo que sea necesario para acomodar un mayor rendimiento, y ofrecen un gran control y flexibilidad sobre las formas y dimensiones de los canales.El nuevo concepto se describe en un artículo que aparece esta semana en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias , escrito por el estudiante graduado del MIT Rodger Yuan, los profesores Joel Voldman y Yoel Fink, y otros cuatro.
Un enfoque multidisciplinario
El proyecto surgió como resultado de un evento de "tormenta de velocidad" una amalgama de lluvia de ideas y citas rápidas, una idea iniciada por el profesor Jeffrey Grossman que Fink instigó cuando era director del Laboratorio de Investigación de Electrónica del MIT.pretenden ayudar a los investigadores a desarrollar nuevos proyectos de colaboración, haciendo que dos estudiantes y postdocs hagan una lluvia de ideas durante seis minutos a la vez y presenten cientos de ideas en una hora, que son clasificadas y evaluadas por un panel.los estudiantes de ingeniería eléctrica trabajaron con otros en ciencia de materiales y tecnología de microsistemas para desarrollar un enfoque novedoso para la clasificación de células usando una nueva clase de fibras multimateriales.
Yuan explica que, aunque la tecnología microfluídica se ha desarrollado y utilizado ampliamente para procesar pequeñas cantidades de líquido, presenta tres limitaciones inherentes relacionadas con el tamaño general de los dispositivos, sus perfiles de canales y la dificultad de incorporar materiales adicionales comoelectrodos
Debido a que generalmente se hacen utilizando métodos de fabricación de chips, los dispositivos microfluídicos se limitan al tamaño de las obleas de silicio utilizadas en dichos sistemas, que no tienen más de aproximadamente 8 pulgadas de ancho. Y los métodos de fotolitografía utilizados para hacer tales chips limitan elformas de los canales; solo pueden tener secciones transversales cuadradas o rectangulares. Finalmente, cualquier material adicional, como electrodos para detectar o manipular el contenido de los canales, debe colocarse individualmente en posición en un proceso separado, limitando severamente su complejidad.
"La tecnología de chips de silicio es realmente buena para hacer perfiles rectangulares, pero cualquier cosa más allá de eso requiere técnicas realmente especializadas", dice Yuan, quien realizó el trabajo como parte de su investigación doctoral. "Pueden hacer triángulos, pero solo con ciertasángulos ". Con el nuevo método basado en fibra que él y su equipo desarrollaron, se puede implementar una variedad de formas de sección transversal para los canales, incluidas las formas de estrella, cruz o corbatín que pueden ser útiles para aplicaciones particulares, como la clasificación automáticadiferentes tipos de células en una muestra biológica.
Además, para la microfluídica convencional, elementos como sensores de detección o calentamiento, o dispositivos piezoeléctricos para inducir vibraciones en los fluidos muestreados, deben agregarse en una etapa de procesamiento posterior. Pero pueden integrarse completamente en los canales de la nueva fibrabasado en el sistema.
Un perfil de contracción
Al igual que otros sistemas complejos de fibra desarrollados a lo largo de los años en el laboratorio del coautor Yoel Fink, profesor de ciencia e ingeniería de materiales y jefe del consorcio Advanced Functional Fabrics of America AFFOA, estas fibras se fabrican comenzando con un sobredimensionadocilindro de polímero llamado preforma. Estas preformas contienen la forma y los materiales exactos deseados para la fibra final, pero en una forma mucho más grande, lo que hace que sea mucho más fácil de hacer en configuraciones muy precisas. Luego, la preforma se calienta y se carga en una gotatorre, donde se empuja lentamente a través de una boquilla que lo constriñe a una fibra estrecha que es un cuadragésimo del diámetro de la preforma, al tiempo que conserva todas las formas y disposiciones internas.
En el proceso, el material también se alarga por un factor de 1,600, de modo que una preforma de 100 milímetros de largo 4 pulgadas de largo, por ejemplo, se convierte en una fibra de 160 metros de largo aproximadamente 525 pies, por lo tantoSuperar drásticamente las limitaciones de longitud inherentes a los dispositivos microfluídicos actuales. Esto puede ser crucial para algunas aplicaciones, como la detección de objetos microscópicos que existen en concentraciones muy pequeñas en el fluido, por ejemplo, una pequeña cantidad de células cancerosas entre millones de células normales.
"A veces necesitas procesar una gran cantidad de material porque lo que estás buscando es raro", dice Voldman, profesor de ingeniería eléctrica que se especializa en microtecnología biológica. Eso hace que esta nueva tecnología de microfluidos basada en fibra sea especialmente apropiada para talesutiliza, dice, porque "las fibras pueden hacerse arbitrariamente largas", lo que permite más tiempo para que el líquido permanezca dentro del canal e interactúe con él.
Si bien los dispositivos de microfluídica tradicionales pueden hacer canales largos haciendo bucles de un lado a otro en un chip pequeño, los giros y vueltas resultantes cambian el perfil del canal y afectan la forma en que fluye el líquido, mientras que en la versión de fibra pueden hacerse tan largossegún sea necesario, sin cambios en la forma o la dirección, lo que permite un flujo ininterrumpido, dice Yuan.
El sistema también permite la incorporación de componentes eléctricos como cables conductores en la fibra. Estos pueden usarse, por ejemplo, para manipular células, utilizando un método llamado dielectroforesis, en el que las células se ven afectadas de manera diferente por un campo eléctrico producido entre dos cables conductoresa los lados del canal.
Con estos cables conductores en el microcanal, uno puede controlar el voltaje para que las fuerzas "empujen y tiren de las celdas, y puede hacerlo a altas velocidades de flujo", dice Voldman.
Como demostración, el equipo hizo una versión del dispositivo de fibra de canal largo diseñado para separar las células, clasificando las células muertas de las vivas, y demostró su eficiencia en el cumplimiento de esta tarea. Con un mayor desarrollo, esperan poder realizardiscriminación más sutil entre tipos de células, dice Yuan.
"Para mí, este fue un maravilloso ejemplo de cómo la proximidad entre grupos de investigación en un laboratorio interdisciplinario como RLE conduce a una investigación innovadora, iniciada y dirigida por un estudiante graduado. Nosotros, la facultad, fuimos esencialmente arrastrados por nuestros estudiantes", dice Fink.
Los investigadores enfatizan que no ven el nuevo método como un sustituto de la microfluídica actual, que funciona muy bien para muchas aplicaciones. "No está destinado a reemplazar; está destinado a aumentar" los métodos actuales, dice Voldman, permitiendo algunas funciones nuevaspara usos particulares que no han sido posibles anteriormente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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