Los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST han desarrollado un sistema óptico que mide con precisión el flujo de cantidades extraordinariamente pequeñas de líquidos, tan pequeñas como 10 billonésimas de litro nanolitros por minuto.
A ese ritmo, tomaría una botella de litro de agua aproximadamente 190 años drenar. Una sola gota de agua contiene 50,000 nanolitros. Las nuevas mediciones son una mejora importante sobre la tecnología que el equipo del NIST informó en 2018.
Precisamente medir y controlar tasas de flujo minúsculas se ha convertido en un factor crucial en el floreciente campo de los microfluídicos, que incluye la entrega de pequeñas cantidades de medicamentos, la preparación de pequeñas cantidades de líquidos, la formación de microgotas y estudios de biotecnología que monitorean el flujo denutrientes para las células. En el tratamiento del cáncer y otras enfermedades, las bombas de administración de medicamentos dispensan tan solo decenas de nanolitros nL por minuto en el torrente sanguíneo. Ese flujo debe ser extremadamente preciso para que la dosis total que recibe el paciente sea exactamente la que el médicoprescrito.
Las bajas tasas de flujo también juegan un papel en la separación de una mezcla en sus componentes químicos en función de la lentitud con la que viajan a través de un gel u otro medio.
El nuevo método se basa en un solo láser que brilla sobre moléculas sensibles a la luz en un líquido que fluye a través de un microcanal: un tubo o tubo de silicona del diámetro de un cabello humano. La interacción de la luz láser con las moléculas depende deLa velocidad de flujo del líquido.
Si el fluido fluye relativamente rápido a través del microcanal, el láser simplemente hace que las moléculas sensibles a la luz brillen o fluorescentes. Pero para los líquidos que fluyen más lentamente y, por lo tanto, están expuestos a la luz láser durante más tiempo, la historia esmás complejo: después de que una cierta cantidad de luz golpea las moléculas, se queman y ya no fluorescen. Por lo tanto, cuanto más lento es el flujo, mayor es el número de moléculas sensibles a la luz que se extinguen y más tenue la fluorescencia.
El equipo calibró sus mediciones comparándolas con mediciones de tasas de flujo mucho más altas registradas por medidores de flujo establecidos, que no requieren un láser.
Greg Cooksey, Paul Patrone y sus colegas del NIST, junto con un becario de investigación de verano del NIST del Montgomery College en Germantown, Maryland, informaron los hallazgos en un número reciente de Química analítica . El estudio da seguimiento a a Aplicación de revisión física d artículo que describe la prueba teórica del método.
Una ventaja clave del nuevo método es que las mediciones de flujo son independientes del tamaño y la forma del canal a través del cual viaja el fluido. El nuevo método es una rama de un sistema anterior desarrollado por el equipo NIST, que requería conocimientode la geometría del canal y la intensidad del láser, agregando incertidumbres considerables en las mediciones.
El nuevo método es lo suficientemente sensible como para determinar la velocidad de flujo más lenta que realmente se puede medir para una configuración experimental dada. Por debajo de esta velocidad, el movimiento aleatorio de las partículas en todas las direcciones - difusión - confunde las mediciones del flujo ordenadode partículas
La tasa de flujo más baja que podría distinguirse de la difusión fue de 0.2 nL, o 200 billonésimas de litro por minuto. La determinación precisa de este límite, conocido como flujo cero, permite a los investigadores controlar las tasas de flujo con mayor precisión de lo que pueden medirseEl equipo del NIST ahora está experimentando con el uso de moléculas más grandes, que se difunden más lentamente y canales más estrechos, para mejorar la capacidad de discriminar el flujo ordinario de la difusión aleatoria.
El equipo también informó que podría controlar una velocidad de flujo tan pequeña como 2 nL por minuto, con una incertidumbre de solo 5%.
El método de medición ofrece varias oportunidades potenciales para las tecnologías derivadas y puede permitir a los fabricantes de dispositivos microfluídicos desarrollar una nueva generación de sensores de flujo, dijo Cooksey. El equipo ha presentado una solicitud de patente sobre la técnica. En general, una mejor medición de flujo conduce a mejorasen la precisión de los instrumentos de detección química y la seguridad de los dispositivos de administración de medicamentos.
El nuevo método para medir caudales bajos está directamente relacionado con uno de los programas clave de NIST, NIST on a Chip. El programa tiene como objetivo desarrollar un conjunto de tecnologías de medición precisas y basadas en la cuantía destinadas a implementarse en casi cualquier lugar y en cualquier momento, sinun fabricante que tiene que detener la producción mientras se envía un sensor u otro dispositivo a NIST para su calibración. El nuevo sistema de medición de microflujo podría ayudar a dispensar cantidades precisas de microfluidos utilizados en una gran cantidad de tecnologías NIST on a Chip.
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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