Los ingenieros de la Universidad de Duke han demostrado un versátil laboratorio de microfluidos en un chip que utiliza ondas de sonido para crear túneles en el petróleo para manipular y transportar las gotas sin contacto. La tecnología podría formar la base de un biomédico regrabable programable a pequeña escalachip que es completamente reutilizable para permitir diagnósticos in situ o investigación de laboratorio.
Los resultados aparecen en línea el 10 de junio en la revista Avances científicos .
"Nuestro nuevo sistema logra un enrutamiento regrabable, clasificación y activación de gotas con un control externo mínimo, que son funciones esenciales para el control de la lógica digital de las gotas", dijo Tony Jun Huang, profesor distinguido William Bevan de Ingeniería Mecánica y Ciencia de Materiales enDuke: "Y lo logramos con menos energía y una configuración más simple que puede controlar más gotas simultáneamente que los sistemas anteriores".
El manejo automatizado de fluidos ha impulsado el desarrollo de muchos campos científicos, como el diagnóstico clínico y la detección de compuestos a gran escala. Aunque omnipresentes en la investigación biomédica moderna y las industrias farmacéuticas, estos sistemas son voluminosos, costosos y no manejan bien pequeños volúmenes de líquidos..
Los sistemas Lab-on-a-chip han podido llenar este espacio hasta cierto punto, pero la mayoría se ve obstaculizada por un inconveniente importante: la absorción de la superficie. Debido a que estos dispositivos dependen de superficies sólidas, las muestras que se transportan inevitablemente dejan rastros dedetrás de eso pueden conducir a la contaminación.
La nueva plataforma lab-on-a-chip utiliza una capa delgada de aceite inerte e inmiscible para evitar que las gotas dejen rastros de sí mismos. Justo debajo del aceite, una rejilla de transductores piezoeléctricos vibra cuando la electricidad pasa a través de ellos.Al igual que la superficie de un subwoofer, estas vibraciones crean ondas de sonido en la fina capa de aceite que se encuentra sobre ellas.
Estas ondas de sonido forman patrones complejos cuando rebotan en la parte superior e inferior del chip, así como cuando se topan entre sí. Al planificar meticulosamente el diseño de los transductores y controlar la frecuencia y la fuerza de las vibraciones que causan las ondas,los investigadores pueden crear vórtices que, cuando se combinan, forman túneles que pueden empujar y tirar gotas en cualquier dirección a lo largo de la superficie del dispositivo.
"El nuevo sistema utiliza transductores de modo dual, que pueden transportar gotitas a lo largo del eje xo y en función de dos patrones de transmisión diferentes", dijo Huang. "Este es un gran paso adelante de nuestro sistema anterior, que simplemente creó una serie dehoyuelos en el aceite para pasar las gotas a lo largo de un solo eje. "
Ayudar a Huang en la creación de este sistema mejorado fue Krishnendu Chakrabarty, el distinguido profesor John Cocke de ingeniería eléctrica e informática en Duke y su estudiante de doctorado Zhanwei Zhong. La pareja ayudó a diseñar la electrónica en el corazón del nuevo laboratorio.-una demostración de chip, y actualizó y miniaturizó en gran medida las conexiones de cables, controladores y otro hardware utilizado en el sistema.
Al usar transductores de modo dual, los investigadores pudieron mover las gotas a lo largo de dos ejes mientras reducían simultáneamente la complejidad de la electrónica cuatro veces. También pudieron reducir el voltaje de operación de los transductores de tres a siete veces más bajoque el sistema anterior, que le permitía controlar simultáneamente ocho gotas. Y al introducir un microcontrolador en la configuración, los investigadores pudieron programar y automatizar gran parte del movimiento de las gotas.
Los investigadores muestran las capacidades de su nuevo dispositivo en una serie de videos. En uno, una gota se mueve rápidamente alrededor del exterior de un cuadrado. Otros muestran gotas que llegan a una intersección en "T" y giran a la derecha o izquierda, yla creación de una "puerta lógica" que puede interrumpir el movimiento de una gota a lo largo de un corredor o permitir que pase.
La capacidad de controlar las gotas de manera similar a los sistemas lógicos que se encuentran en un chip de computadora es esencial para una amplia variedad de procedimientos clínicos y de investigación.
"Nuestro siguiente paso es combinar la fuente de alimentación de radiofrecuencia miniaturizada y el tablero de control diseñado por el equipo del profesor Chakrabarty para la integración a gran escala y la planificación dinámica", dijo Huang. "También estamos planeando integrar la capacidad de dividirgotas en dos sin tener que tocarlas "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Ken Kingery. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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