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Durante las últimas dos décadas, la investigación en curso en microfluidos se ha enfrentado a desafíos de aplicación debido a la productividad limitada de las microgotas. En un estudio reciente, investigadores de la Universidad de Chiba abordaron este problema desarrollando un método eficiente para aumentar la velocidad de generación de microgotas para dispositivos de microfluidos. Esto se logró incorporando estructuras cristalinas coloidales inversas porosas en microcanales convencionales, lo que ofrece aplicaciones potenciales en medicina, alimentos, cosméticos y fabricación de semiconductores.
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Crédito de la foto: Universidad de Chiba.
Durante las últimas dos décadas, los dispositivos de microfluidos que utilizan tecnología para crear gotas del tamaño de una micra se han vuelto cruciales para diversas aplicaciones. Estos incluyen reacciones químicas, análisis biomoleculares, química de materias blandas y la producción de materiales finos. Además, los microfluidos de gotas han permitido nuevas aplicaciones que no eran posibles con los métodos tradicionales. Puede influir en el tamaño de las partículas y afectar su morfología y anisotropía. Sin embargo, la forma tradicional de producir gotas en una estructura de microcanal único suele ser lenta, lo que limita la producción.
En un estudio reciente presentado en la edición del 21 de enero de 2024 de la revista Laboratorio en un chipDirigido por el profesor asociado Masumi Yamada del Departamento de Química Aplicada y Biotecnología de la Escuela de Graduados en Ingeniería de la Universidad de Chiba, e incluye a Shota Mashiyama de la Escuela de Graduados en Ciencias e Ingeniería, también de la Universidad de Chiba, como primer autor. Los investigadores presentaron un sistema de microfluidos que utiliza estructuras porosas de “cristal coloidal inverso” (ICC) para mejorar drásticamente la eficiencia de la generación de microgotas.
«Nuestra hipótesis es que la formación de gotas altamente eficiente podría ser posible si los numerosos microporos formados en la superficie de la estructura ICC se usaran como boquillas formadoras de gotas. Sin embargo, hasta donde sabemos, no se ha publicado ningún estudio sobre la integración de estructuras cristalinas coloidales inversas en canales de microfluidos y su aplicación para la formación de gotas de alta eficiencia. «Por lo tanto, decidimos desarrollar una nueva técnica de microfabricación para integrar estas estructuras en canales de microfluidos para lograr una formación eficiente de gotas». enfatiza la Dra. Yamada.
El estudio integró estructuras ICC esponjosas con microcanales poco profundos que funcionaban como pequeñas boquillas, produciendo gotas aproximadamente 1.000 veces más rápido que los dispositivos de microfluidos tradicionales. El tamaño de las gotas también podría cambiarse ajustando el flujo de fluido, sus propiedades y el tamaño de las pequeñas aberturas. Además, este método también se ha utilizado para producir partículas individuales de tamaño micrométrico a partir de biopolímeros naturales como polisacáridos y proteínas. Este nuevo enfoque mejora el concepto existente de microfluidos de gotas no solo aumentando la velocidad a la que se forman las gotas, sino también haciendo que el proceso sea más fácil de crear y realizar.
Debido a la mejora de la eficiencia y el control de la formación de gotas, se espera que este nuevo método tenga un amplio impacto en diversas áreas y categorías de productos. Estos incluyen medicina, alimentos, cosméticos, tintas y pinturas especiales, matrices de tamiz para bioseparación y la producción de partículas funcionales para pantallas y aplicaciones de semiconductores.
“Las microgotas, partículas de biopolímeros y vesículas elaboradas a partir de ellas como andamios se utilizan a menudo para aplicaciones médicas como el desarrollo de fármacos y la medicina regenerativa. Además, se espera que este método se aplique a la producción de diversas sustancias, incluidos vehículos para la administración controlada de medicamentos, andamios para cultivo celular, reactivos para transformación celular, portadores de antígenos en inmunoterapia celular y micropartículas funcionales para diagnóstico”. plantea el Dr. Yamada al frente.
En resumen, los investigadores han desarrollado un método para la formación rápida de gotas a una velocidad extremadamente alta para dispositivos de microfluidos mediante la integración de estructuras ICC tridimensionales en microcanales planos convencionales. Al aplicar esta técnica para producir materiales para diversos fines, se espera contribuir al avance de tecnologías que mejoren la vida de las personas y apoyen el bienestar general.
Fuente: https://www.chiba-u.ac.jp/e/index.html
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