Los sistemas de microfluidos tienen el poder de revolucionar la medicina, energía, electrónica e incluso exploración espacial. Pero el gran tamaño del equipo externo requerido para controlar estos dispositivos de un cuarto de tamaño ha limitado su uso en portátiles, tecnologías portátiles.

Ahora, los investigadores de la Universidad Northwestern están acercando los microfluidos a alcanzar su verdadero potencial.

En un estudio reciente, Los investigadores descubrieron cómo preprogramar las estructuras de red de los dispositivos de una manera que controle cómo fluyen y se mezclan los fluidos a través de las micropipetas. ¿El resultado? Un paso hacia sistemas microfluídicos de diseño inteligente que se comportan como un chip de computadora sin depender de componentes externos.

"La tecnología de microfluidos actual a menudo requiere una computadora de escritorio llena de equipos para operar algo del tamaño de una moneda de veinticinco centavos, "dijo Adilson Motter de Northwestern, autor principal del estudio. "Tomamos el control que proporcionan los sistemas externos y lo incorporamos a la estructura del dispositivo".

El estudio fue publicado hoy (23 de octubre) en la revista Naturaleza . Motter es profesor de Física Charles E. y Emma H. ​​Morrison en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern. Daniel Case, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Motter, es el primer autor del artículo. El equipo de Northwestern trabajó con colaboradores de la Universidad de St. Louis y la Universidad de Normandía en Francia.

Los sistemas de microfluidos son laboratorios químicos miniaturizados formados por una red de tuberías, cada una de las cuales tiene el ancho de una hebra de cabello. Estos dispositivos se pueden utilizar para aplicaciones que van desde la realización de experimentos a pequeña escala hasta la realización de diagnósticos médicos complejos, administración de medicamentos y control de la salud

El problema es que, para realizar pruebas y experimentos complicados, es necesario que fluyan varios fluidos, mezcla, reaccionar, separar y cambiar de dirección, todo dentro de estas pequeñas redes. Cada actividad requiere una bomba de presión, y cada bomba está controlada por un dispositivo externo. Los investigadores han luchado durante las últimas décadas, intentar, y a menudo fracasar, persuadir a los fluidos para que se muevan a través de estas redes de forma autónoma, sin necesidad de equipos externos.

"Imagina poder empacar dispositivos y ponerlos en rovers espaciales, "Dijo Case." Podrías hacer un análisis químico en Marte. Pero la carga de necesitar todo este equipo externo realmente restringe esa posibilidad ".

Motter, Case y sus colaboradores finalmente diseñaron una red de microfluidos en la que todas las secuencias de mezcla están preprogramadas. En su diseño, una fuente de presión aplicada, en lugar de equipos dedicados, controla los fluidos dentro de la red. Al diseñar cuánta presión se necesita y la ubicación donde se aplica la presión, los investigadores predeterminaron cómo fluía el fluido a través de la red.

El equipo también aumentó la velocidad de flujo del fluido al eliminar uno de los canales similares a pelos del sistema. Case compara esto con la paradoja de Braess, una famosa observación matemática de que eliminar una carretera de una red de tráfico puede mejorar el flujo del tráfico.

"En estas redes, tiene corrientes de fluido de varias tuberías que están conectadas, "Case dijo." Los fluidos chocan entre sí en el cruce, y estas colisiones crean ineficiencias, por lo que las conexiones en la red introducen regiones localizadas de congestión. Cuando elimina los canales que crean estas conexiones, también eliminas los puntos de colisión ".