Un concepto importante en la atención médica futura es el desarrollo de dispositivos llamados "laboratorio en un chip". Estos "chips", no relacionados con los electrónicos que se encuentran en las computadoras, son pequeños dispositivos en los que fluidos biológicos, por ejemplo, sangre u orina- se inyectan para llenar canales microscópicos diseñados específicamente. Estos canales contendrían biosensores que podrían detectar, por ejemplo, marcadores específicos para enfermedades dentro del fluido y proporcionar un diagnóstico rápido. Se podría realizar una gran variedad de análisis en un dispositivo de unos pocos centímetros cuadrados.Sin embargo, un problema que surge es el tamaño de la muestra de fluido inyectada dentro del chip, con pequeños volúmenes de hasta una billonésima parte de un litro. Debido a la falta de tecnologías disponibles, los investigadores aún no entienden completamente cómo los fluidos, particularmente los complejos de biológicosorígenes: comportarse a escalas tan pequeñas.
La profesora Amy Shen y los miembros de su equipo de la Unidad de Micro / Bio / Nanofluídica de OIST han centrado sus esfuerzos en utilizar la microfluídica como una herramienta para revelar las leyes y principios que rigen el comportamiento de fluidos complejos a escala microscópica. Luego, en unsegunda fase, hacen uso de estos descubrimientos para proporcionar aplicaciones directas en el cuidado de la salud y la biotecnología. Sus hallazgos recientes se pueden encontrar en el Journal of Rheology del American Institute of Physics.
Caracterización del comportamiento de soluciones de polímeros a escala microscópica
Los polímeros son moléculas grandes construidas a partir de muchas unidades similares repetidas. Son omnipresentes en la vida cotidiana y constituyen la mayoría de los materiales sintéticos que utilizamos, desde telas hasta caucho y poliestireno. Las soluciones de polímeros líquidos se pueden encontrar en muchos artículos comerciales de la casa.productos de limpieza para pintar. Pero es a escala microscópica que las soluciones de polímeros podrían mejorar drásticamente las herramientas de diagnóstico.
"Cuando agrega un polímero a una suspensión de partículas en el agua, desencadena un nuevo fenómeno en el canal microfluídico", explicó el Dr. Del Giudice. "Estos polímeros comienzan a actuar como resortes para patear partículas o células en la suspensión, empujandohacia el centro del canal y promueve su alineación ". Ser capaz de organizar partículas o células dentro de un canal microscópico representa una gran mejora para el uso de biosensores en el diagnóstico de la asistencia sanitaria. Las soluciones de polímeros podrían incluso separar y clasificar por tamaño diferentes componentes enun fluido biológico complejo, por ejemplo sangre, compuesto de células y agregados de muchos tamaños, dentro de un solo chip microfluídico.
Pero este fenómeno depende en gran medida de la naturaleza del polímero en sí. Al polímero en una solución diluida le lleva tiempo volver a su forma original después de que el flujo lo deforme. Este retraso, llamado tiempo de relajación, es unparámetro crítico a medir para describir el comportamiento del polímero. Hoy en día, las técnicas actuales para medir los tiempos de relajación están limitadas por la sensibilidad de los instrumentos comerciales disponibles, que solo pueden medir tiempos de relajación relativamente largos, como los de las soluciones de polímeros concentrados en grandes volúmenes..
En su trabajo, el Dr. Francesco Del Giudice y el Dr. Simon Haward diseñaron dispositivos microfluídicos para observar la deformación y relajación de los polímeros dentro de canales de micrómetro de ancho. Estas plataformas permiten a los investigadores estirar o cortar polímeros a voluntad utilizando bajos volúmenes y bajas concentraciones yregistre las reacciones a esas fuerzas. De esta manera, pueden caracterizar fluidos poliméricos diluidos con tiempos de relajación incluso muy cortos, y así tener una idea mucho mejor de su comportamiento a escala microscópica.
El uso de estas nuevas herramientas microfluídicas permitiría a los investigadores generar un catálogo de diversos fluidos poliméricos cuyos tiempos de relajación son conocidos. Con dicha base de datos a su disposición, los científicos podrían elegir un polímero apropiado para la alineación y / o separación de moléculas dentro delel fluido biológico que quieren estudiar dentro de su chip. "De esta manera, comprender las soluciones de polímeros le permitirá crear una plataforma de alto rendimiento en un chip compuesto por varios módulos diferentes, cada uno de los cuales realiza diferentes análisis", agregó el Dr. Del Giudice.
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Materiales proporcionado por Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa - OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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