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Los investigadores del MIT han utilizado la impresi\u00f3n 3D para producir dispositivos de microfluidos autocalentables, demostrando una t\u00e9cnica que alg\u00fan d\u00eda podr\u00eda usarse para crear r\u00e1pidamente herramientas baratas pero precisas para detectar una serie de enfermedades.<\/p>\n
Los microfluidos, m\u00e1quinas miniaturizadas que manipulan fluidos y facilitan reacciones qu\u00edmicas, se pueden utilizar para detectar enfermedades en peque\u00f1as muestras de sangre o fluidos. Los kits de prueba caseros para Covid-19, por ejemplo, incorporan un tipo simple de microfluido.<\/p>\n
Pero muchas aplicaciones de microfluidos requieren reacciones qu\u00edmicas que deben realizarse a temperaturas espec\u00edficas. Estos dispositivos de microfluidos m\u00e1s complejos, que normalmente se fabrican en una sala limpia, est\u00e1n equipados con elementos calefactores hechos de oro o platino mediante un proceso de fabricaci\u00f3n complicado y costoso que es dif\u00edcil de ampliar.<\/p>\n
En cambio, el equipo del MIT utiliz\u00f3 la impresi\u00f3n 3D multimaterial para crear dispositivos de microfluidos autocalentables con elementos calefactores integrados, a trav\u00e9s de un proceso de fabricaci\u00f3n \u00fanico y econ\u00f3mico. Generaron dispositivos que pueden calentar el fluido a una temperatura espec\u00edfica a medida que fluye a trav\u00e9s de canales microsc\u00f3picos dentro de la peque\u00f1a m\u00e1quina.<\/p>\n
Su t\u00e9cnica es personalizable, por lo que un ingeniero podr\u00eda crear un microfluido que caliente el fluido a una temperatura determinada o a un perfil de calentamiento determinado dentro de un \u00e1rea espec\u00edfica del dispositivo. El proceso de fabricaci\u00f3n de bajo costo requiere alrededor de 2 d\u00f3lares en materiales para generar un microfluido listo para usar.<\/p>\n
El proceso podr\u00eda ser especialmente \u00fatil para crear microfluidos autocalentables para regiones remotas de pa\u00edses en desarrollo donde los m\u00e9dicos pueden no tener acceso al costoso equipo de laboratorio necesario para muchos procedimientos de diagn\u00f3stico.<\/p>\n
\u201cLas salas limpias en particular, donde normalmente se fabrican estos dispositivos, son incre\u00edblemente costosas de construir y operar. Pero podemos fabricar dispositivos de microfluidos autocalentables muy capaces mediante la fabricaci\u00f3n aditiva, y se pueden fabricar mucho m\u00e1s r\u00e1pido y m\u00e1s barato que con estos m\u00e9todos tradicionales. Esta es realmente una forma de democratizar esta tecnolog\u00eda\u201d, dice Luis Fernando Vel\u00e1squez-Garc\u00eda, cient\u00edfico principal de los Laboratorios de Tecnolog\u00eda de Microsistemas (MTL) del MIT y autor principal de un art\u00edculo que describe la t\u00e9cnica de fabricaci\u00f3n.<\/p>\n
En el art\u00edculo lo acompa\u00f1a el autor principal Jorge Ca\u00f1ada P\u00e9rez-Sala, estudiante de posgrado en ingenier\u00eda el\u00e9ctrica e inform\u00e1tica. La investigaci\u00f3n se presentar\u00e1 en la Conferencia PowerMEMS de este mes.<\/p>\n
Un aislante se vuelve conductor.<\/strong><\/p>\n Este nuevo proceso de fabricaci\u00f3n utiliza una t\u00e9cnica llamada impresi\u00f3n 3D por extrusi\u00f3n multimaterial, en la que se pueden inyectar varios materiales a trav\u00e9s de las numerosas boquillas de la impresora para construir un dispositivo capa por capa. El proceso es monol\u00edtico, lo que significa que todo el dispositivo se puede producir en un solo paso en la impresora 3D, sin necesidad de ning\u00fan montaje posterior.<\/p>\n Para crear microfluidos que se calientan espont\u00e1neamente, los investigadores utilizaron dos materiales: un pol\u00edmero biodegradable conocido como \u00e1cido polil\u00e1ctico (PLA) que se usa com\u00fanmente en la impresi\u00f3n 3D y una versi\u00f3n modificada de PLA.<\/p>\n El PLA modificado ha mezclado nanopart\u00edculas de cobre con el pol\u00edmero, lo que convierte este material aislante en un conductor el\u00e9ctrico, explica Vel\u00e1squez-Garc\u00eda. Cuando se alimenta corriente el\u00e9ctrica a una resistencia compuesta de este PLA dopado con cobre, la energ\u00eda se disipa en forma de calor.<\/p>\n \u201cEs sorprendente si lo piensas porque el material PLA es un diel\u00e9ctrico, pero cuando se le a\u00f1aden estas impurezas de nanopart\u00edculas, las propiedades f\u00edsicas cambian por completo. Esto es algo que a\u00fan no comprendemos del todo, pero sucede y se puede repetir\u201d, afirma.<\/p>\n Utilizando una impresora 3D multimaterial, los investigadores fabrican una resistencia calefactora a partir de PLA dopado con cobre y luego imprimen el dispositivo microflu\u00eddico, con canales microsc\u00f3picos a trav\u00e9s de los cuales el fluido puede fluir, directamente encima en un solo paso de impresi\u00f3n. Debido a que los componentes est\u00e1n hechos del mismo material base, tienen temperaturas de impresi\u00f3n similares y son compatibles.<\/p>\n El calor disipado por la resistencia calentar\u00e1 el fluido que fluye a trav\u00e9s de los canales del microfluido.<\/p>\n Adem\u00e1s de la resistencia y el microfluido, utilizan la impresora para agregar una capa delgada y continua de PLA que se intercala entre ellos. Es especialmente desafiante fabricar esta capa porque debe ser lo suficientemente delgada como para que el calor pueda transferirse de la resistencia al microfluido, pero no tan delgada como para que el fluido pueda filtrarse hacia la resistencia.<\/p>\n La m\u00e1quina resultante tiene aproximadamente el tama\u00f1o de una moneda de veinticinco centavos de d\u00f3lar estadounidense y puede producirse en cuesti\u00f3n de minutos. Se pasan canales de aproximadamente 500 micr\u00f3metros de ancho y 400 micr\u00f3metros de alto a trav\u00e9s del microfluido para transportar fluido y facilitar las reacciones qu\u00edmicas.<\/p>\n Es importante destacar que el material PLA es transl\u00facido, por lo que el l\u00edquido en el dispositivo permanece visible. Muchos procesos se basan en la visualizaci\u00f3n o el uso de la luz para inferir lo que sucede durante las reacciones qu\u00edmicas, explica Vel\u00e1squez-Garc\u00eda.<\/p>\n Reactores qu\u00edmicos personalizables<\/strong><\/p>\n Los investigadores utilizaron este proceso de fabricaci\u00f3n de un solo paso para generar un prototipo que pod\u00eda calentar el fluido 4 grados Celsius mientras flu\u00eda entre la entrada y la salida. Esta t\u00e9cnica personalizable podr\u00eda permitirles fabricar dispositivos que calentar\u00edan fluidos en ciertos patrones o seg\u00fan gradientes espec\u00edficos.<\/p>\n \u201cPuedes utilizar estos dos materiales para crear reactores qu\u00edmicos que hagan exactamente lo que quieras. Podemos configurar un perfil de calentamiento particular sin dejar de tener todas las capacidades del microfluido\u201d, dice.<\/p>\n Sin embargo, una limitaci\u00f3n proviene del hecho de que el PLA s\u00f3lo puede calentarse a unos 50 grados Celsius antes de que comience a degradarse. Muchas reacciones qu\u00edmicas, como las que se utilizan para las pruebas de reacci\u00f3n en cadena de la polimerasa (PCR), requieren temperaturas de 90 grados o m\u00e1s. Y para controlar con precisi\u00f3n la temperatura del dispositivo, los investigadores necesitar\u00edan integrar un tercer material que permita detectar la temperatura.<\/p>\n Adem\u00e1s de abordar estas limitaciones en trabajos futuros, Vel\u00e1squez-Garc\u00eda quiere imprimir imanes directamente en el dispositivo de microfluidos. Estos imanes podr\u00edan permitir reacciones qu\u00edmicas que requieran clasificar o alinear part\u00edculas.<\/p>\n Al mismo tiempo, \u00e9l y sus colegas est\u00e1n explorando el uso de otros materiales que podr\u00edan alcanzar temperaturas m\u00e1s altas. Tambi\u00e9n est\u00e1n estudiando el PLA para comprender mejor por qu\u00e9 se vuelve conductor cuando se a\u00f1aden ciertas impurezas al pol\u00edmero.<\/p>\n \"Si podemos comprender el mecanismo relacionado con la conductividad el\u00e9ctrica del PLA, mejorar\u00eda enormemente la capacidad de estos dispositivos, pero ser\u00e1 mucho m\u00e1s dif\u00edcil de resolver que otros problemas de ingenier\u00eda\", a\u00f1ade.<\/p>\n \u201cEn la cultura japonesa se suele decir que la belleza reside en la sencillez. Este sentimiento se repite en el trabajo de Ca\u00f1ada y Vel\u00e1squez-Garc\u00eda. Sus sistemas de microfluidos impresos monol\u00edticamente en 3D propuestos encarnan simplicidad y belleza, y ofrecen una amplia gama de derivaciones y aplicaciones potenciales que prevemos en el futuro\u201d, dice Norihisa Miki, profesora de ingenier\u00eda mec\u00e1nica en la Universidad de Keio en Tokio, que no particip\u00f3 en este trabajo.<\/p>\n \u201cPoder imprimir directamente chips de microfluidos con canales flu\u00eddicos y caracter\u00edsticas el\u00e9ctricas al mismo tiempo abre aplicaciones muy interesantes al procesar muestras biol\u00f3gicas, como amplificar biomarcadores o activar y mezclar l\u00edquidos. Adem\u00e1s, debido al hecho de que el PLA se degrada con el tiempo, se puede incluso pensar en aplicaciones implantables en las que los chips se disuelven y se reabsorben con el tiempo\u201d, a\u00f1ade Niclas Roxhed, profesor asociado del Real Instituto Tecnol\u00f3gico KTH de Suecia, que no particip\u00f3 en este estudio. estudiar.<\/p>\n Esta investigaci\u00f3n fue financiada, en parte, por Empiriko Corporation y una beca de la Fundaci\u00f3n La Caixa.<\/p>\n<\/p><\/div>\n