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Un grupo de científicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) y la Universidad de Tohoku han conseguido realizar una manipulación precisa y eficaz de fluidos en microambientes tridimensionales.
Los detalles del avance fueron publicados en la revista. Microsistemas y nanotecnología..
Debido a que los dispositivos de microfluidos pueden procesar volúmenes extremadamente pequeños de líquido, los investigadores pueden realizar procesos y análisis con una precisión y eficiencia asombrosas. La tecnología de microfluidos ha avanzado rápidamente en los últimos años en varios campos, incluidos la biología, la química y la medicina. Entre ellos, destacan como revolucionarios los dispositivos de microfluidos en espiral tridimensionales.
El complejo diseño en forma de sacacorchos permite la separación de partículas, la mezcla de reactivos y el control preciso de fluidos. Sin embargo, los desafíos de fabricación actuales obstaculizan el potencial de revolucionar las aplicaciones bioanalíticas. El proceso no sólo es caro y requiere mucho tiempo, sino que también limita la variedad de materiales y disposiciones estructurales que se pueden utilizar.
Inspirándose en los métodos tradicionales de producción de dulces japoneses, como la producción de Kintaro-ame, un equipo interdisciplinario de la Universidad de Tohoku y OIST desarrolló un proceso de termoestirado rotacional miniaturizado (mini-rTDP) para superar estas limitaciones.
En el método creativo, los componentes se giran durante el calentamiento, de modo que se crean estructuras tridimensionales complejas dentro de las fibras. Este método es increíblemente flexible ya que se puede utilizar con una variedad de materiales que se deforman cuando se calientan, lo que abre innumerables posibilidades para combinar diferentes materiales.
Mini-rTDP permite la creación rápida de prototipos de sistemas de microfluidos tridimensionales, ideal para la manipulación precisa de biofluidos.
Yuanyuan Guo, profesor asociado, Instituto de Investigación Fronteriza para Ciencias Interdisciplinarias (FRIS), Universidad de Tohoku
Mini-rTDP implica la fabricación de una preforma de polímero con canales que luego se estira y se calienta para crear canales de microfluidos dentro de una fibra. Estos canales luego se pueden girar aún más para formar configuraciones en espiral tridimensionales..
Shunsuke Kato, autor principal del estudio y joven investigador, Instituto de Investigación Fronteriza de Ciencias Interdisciplinarias (FRIS), Universidad de Tohoku
Trabajando con Amy Shen, jefa de la Unidad de Micro/Bio/Nanofluídica de OIST, el equipo interdisciplinario Tohoku-OIST realizó simulaciones y experimentos para visualizar flujos de fluidos dentro de las estructuras en espiral.
Daniel Carlson, del grupo de Shen, señala: “Confirmamos la presencia de vórtices Dean, un tipo de flujo rotacional que se produce en canales curvos, en nuestros dispositivos, lo que confirma su potencial para mejorar significativamente la eficiencia de separación de células y partículas. La creación rápida de prototipos de microfluidos helicoidales tridimensionales utilizando mini-rTDP representa un avance notable en el campo de los microfluidos. Esta tecnología ofrece una versatilidad y precisión sin precedentes y el potencial de desencadenar cambios transformadores en diversas industrias.«
Guo explica: “Además, buscamos activamente la integración de canales de microfluidos con funcionalidades como electrodos, biosensores y actuadores directamente en las fibras. Este esfuerzo tiene el potencial de revolucionar las tecnologías de laboratorio bioanalítico en chip..”
Este estudio demuestra la fuerte colaboración y sinergia entre estas dos organizaciones y es un tributo a los esfuerzos de colaboración del programa OIST SHIKA y la financiación correspondiente de la Universidad de Tohoku.
Referencia de la revista:
Kato, S., et al. (2024) Microfluidos de fibra retorcida: un enfoque innovador para los dispositivos en espiral 3D. Microsistemas y nanotecnología.. doi.org/10.1038/s41378-023-00642-9
Fuente: https://www.tohoku.ac.jp/en/index.html
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