Desde la década de 1990, los científicos han estado explorando las posibilidades de "laboratorios" químicos miniaturizados en un chip, que tienen potencial como diagnósticos de punto de atención, kits de análisis para investigación de campo y algún día incluso realizar pruebas químicas en otros planetas.
En un laboratorio normal, los químicos usan vasos de precipitados para mezclar productos químicos y estudiar reacciones. En un laboratorio miniaturizado, los sistemas microfluídicos pueden realizar experimentos químicos en un chip a través de una serie de pequeños tubos conectados del tamaño de un cabello.
Esta tecnología está actualmente en uso, especialmente en el campo de la medicina, que crea órganos en un chip para la investigación. Sin embargo, el potencial de la tecnología no se ha alcanzado por completo porque las reacciones químicas están controladas por equipos grandes que a menudo son externosal chip
En un estudio reciente publicado en Nature, investigadores de la Universidad de Saint Louis junto con colegas de la Universidad Northwestern y Normandie Universite compartieron su descubrimiento de una forma de programar controles integrados en una red de microfluidos.
"Nos inspiramos en la electrónica, en la que los controles de un chip son autónomos", dijo Istvan Kiss, Ph.D., profesor de química en la Universidad de Saint Louis. "Cuando comenzamos la investigación en este campo, dijimos"¿Por qué no construimos pequeños reactores pequeños, de tamaño submilimétrico? Utilizamos solo una pequeña cantidad de reactores, por lo que dirigir el flujo fue fácil con tubos simples y pequeños. Pero ahora, para avanzar en la tecnología, necesitamos el chipser un poco más complicado, con muchos reactores y tubos en el medio, para funcionar más como un circuito "
Para resolver este problema, los investigadores combinaron la teoría de redes y la mecánica de fluidos y crearon controles operados completamente en el chip
Junto con Yifan Liu, Ph.D., asistente de investigación graduada en SLU y otros colegas, Kiss diseñó una red con una relación no lineal entre la presión aplicada y la velocidad de flujo, que puede usarse para cambiar la dirección del flujo de líquido simplemente porcambiando la presión de entrada y salida.
Siguiendo el ejemplo de una teoría contraintuitiva sobre los patrones de tráfico, los científicos descubrieron que los atajos no siempre son la forma más rápida del punto A al punto B. Un fenómeno conocido como la paradoja de Braess ha demostrado, en patrones de tráfico, electrónica, resortes,- que a veces tener más caminos para viajar en realidad ralentiza el tráfico en lugar de acelerarlo.
"Hemos construido una red que muestra esa paradoja", dijo Kiss. "Al estudiar cómo las moléculas de agua rodean los obstáculos, creó una 'válvula'. Las moléculas de agua se desvían de sus caminos. A bajas tasas de flujo,ir hacia los obstáculos, mientras que a altos caudales, van en sentido contrario "
"Cuando cerramos un canal de acceso directo, resulta en un caudal total más alto que bajo. Estamos interesados en cómo tales cambios en los caudales y las direcciones eventualmente cambiarán las reacciones químicas en los reactores".
Esta tecnología podría usarse para crear sistemas portátiles de pruebas de laboratorio, así como para diseñar nuevas aplicaciones, como dispositivos portátiles de monitoreo de salud o sistemas espaciales desplegables.
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Materiales proporcionado por Universidad de Saint Louis . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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