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(Foco Nanowerk) La microfluídica, la ciencia de manipular pequeñas cantidades de líquido en dispositivos a microescala, ha prometido durante mucho tiempo revolucionar áreas como el diagnóstico médico, la química y la investigación en biología. Pero las técnicas de fabricación especializadas tradicionalmente necesarias para crear chips de microfluidos han limitado su uso generalizado.
Ahora, investigadores de la Universidad McGill en Canadá han aprovechado los avances recientes en la impresión 3D para desarrollar un método integrado para diseñar e imprimir rápidamente chips de microfluidos completamente funcionales en menos de 30 minutos.
Sus avances, relatados en la revista Materiales avanzados (“Fabricación digital de sistemas de microfluidos funcionales listos para usar”) allana el camino para la producción rentable y bajo demanda de dispositivos de microfluidos para aplicaciones específicas, incluso por parte de aquellos sin conocimientos de fabricación especializados.
![Fabricación digital de circuitos capilares funcionales utilizando una tinta intrínsecamente hidrófila.](https://www.nanowerk.com/spotlight/id63917_1.jpg)
Los chips de microfluidos, a veces llamados dispositivos de laboratorio en un chip, miniaturizan y automatizan procesos de laboratorio complejos en pequeños chips de plástico del tamaño de una memoria USB. Al reducir el tamaño de los experimentos, consumen volúmenes minúsculos de muestras y reactivos, lo que acelera las pruebas y permite la portabilidad. Sin embargo, la fabricación de los canales microscópicos y los componentes que controlan los fluidos en estos chips requiere técnicas de microfabricación en sala limpia que no son ampliamente accesibles para investigadores y médicos.
En particular, los chips de microfluidos para aplicaciones específicas se beneficiarían enormemente del desarrollo y la fabricación bajo demanda y sobre la marcha. Esto permitiría a los investigadores optimizar chips para experimentos específicos y permitiría a los médicos desarrollar dispositivos de diagnóstico personalizados en el punto de atención. Pero las instalaciones y habilidades especializadas que tradicionalmente se requieren para producir chips de microfluidos personalizados han limitado gravemente este potencial.
Más recientemente, la impresión 3D ha permitido la producción simplificada de chips de microfluidos. Sin embargo, los diseños de chips imprimibles en 3D existentes todavía dependen de sistemas de control externos, lo que limita su funcionalidad plug-and-play. Y la resolución insuficiente de las impresoras 3D tradicionales limita los pequeños tubos y válvulas necesarios para manejar fluidos a microescala.
Para superar estas limitaciones, los investigadores desarrollaron un método de impresión 3D integrado utilizando técnicas de diseño y formulación de tinta personalizadas para producir chips de microfluidos monolíticos y totalmente autónomos que no requieren sistemas de control externos ni ensamblaje.
La clave fue formular una tinta fotocurable utilizando un aditivo de ácido acrílico para ajustar permanentemente la hidrofilicidad de la tinta (su atracción al agua). Esto permitió que el material llenara espontáneamente canales microscópicos a través de la acción capilar y al mismo tiempo permitió estructuras de control de flujo como válvulas. Los investigadores también optimizaron las geometrías de válvulas imprimibles en 3D para controlar de forma fiable los fluidos en canales completamente cerrados.
Aprovechando estos avances en materiales y diseño, el equipo imprimió en 3D complejos chips de microfluidos multicapa con redes de pequeños conductos circulares y estructuras de bombas capilares integradas. Demostraron el poder de sus chips impresos ejecutando un inmunoensayo automatizado de tres pasos para detectar anticuerpos COVID-19.
El método integrado permite la impresión 3D de chips de microfluidos funcionales en menos de 30 minutos en impresoras 3D comerciales ampliamente disponibles que cuestan sólo unos pocos miles de dólares. Según los investigadores, esto podría permitir la fabricación distribuida y bajo demanda de dispositivos de microfluidos para aplicaciones específicas por parte de personas sin habilidades especializadas y ampliar las posibilidades experimentales para los campos basados en microfluidos.
Con un mayor desarrollo, el enfoque podría permitir a los investigadores descargar e imprimir fácilmente diseños de chips de microfluidos personalizados desde repositorios en línea, lo que facilitaría compartir flujos de trabajo experimentales. La tecnología también podría ampliar el acceso a las pruebas de diagnóstico al permitir una rápida producción in situ de chips de microfluidos incluso en entornos con recursos limitados. Sin embargo, es probable que sea necesario seguir trabajando en métodos integrados de manipulación y lectura de muestras para aprovechar este potencial.
Al demostrar una forma de crear prototipos y fabricar rápidamente chips de microfluidos altamente integrados en entornos de laboratorio ordinarios, este avance acerca a la realidad la visión de larga data de los microfluidos democratizados y para aplicaciones específicas.
De
Miguel
Berger
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©
Nanowerk LLC
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