La naturaleza inspira constantemente las aplicaciones de ingeniería. Recientemente, un grupo de investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Hong Kong (HKU) se inspiró en la red vascular y desarrolló un nuevo tipo de sistema fluídico llamado VasFluidics.
El sistema fluídico puede modular las composiciones de fluidos a través de reacciones espacialmente diferentes entre los fluidos y las paredes del canal, algo que aún no se ha logrado en los sistemas fluídicos tradicionales.
Este trabajo fue realizado por el equipo de investigación del Equipo de Microfluidos y Materia Blanda del Profesor Anderson Ho Cheung Shum en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Ingeniería.
Su descubrimiento ha sido publicado en Nature Communications. , titulado "Sistema fluídico inspirado en la red vascular (VasFluidics) con paredes membranosas espacialmente funcionalizables".
"El brillante control sobre la composición de la sangre en los vasos es notable y esencial, y nos inspira a pensar en cómo diseñar nuevos sistemas fluídicos", afirmó Yafeng Yu, primer autor del proyecto de investigación.
La red vascular sanguínea, un sistema fluídico natural, inspiró la investigación. Guiado por la red vascular, el equipo del profesor Shum desarrolló VasFluidics, un sistema fluídico con paredes de membrana funcionalizables. Al igual que las paredes de los vasos sanguíneos, las paredes de los canales VasFluidic son delgadas, suaves y capaces de cambiar la composición del líquido por medios físicos o químicos.
Este estudio demuestra el poder de VasFluidics en el procesamiento de fluidos. Después de que las regiones de los canales separados se depositan con soluciones o se recubren con enzimas, algunas regiones de los canales VasFluidic permiten físicamente que moléculas específicas pasen a través de las paredes del canal, mientras que otras cambian químicamente las composiciones líquidas. Los resultados recuerdan a los procesos de adsorción de glucosa y metabolismo en el cuerpo humano.
"VasFluidics es bastante diferente de los sistemas fluídicos tradicionales. Las paredes de los canales de los dispositivos tradicionales suelen ser impermeables y no pueden funcionar como tejidos reales para 'comunicarse' con los fluidos dentro o fuera del canal para la modulación del fluido", explicó Yafeng Yu.
La técnica descrita combina la impresión 3D y el autoensamblaje de materiales blandos. El grupo de investigación imprime un líquido dentro de otro líquido inmiscible, ensamblando membranas blandas en la interfaz líquido-líquido. Además de la investigación relacionada con los microfluidos, el grupo del profesor Shum también se centra en el ensamblaje de materiales blandos en la interfaz líquida. La base teórica y experimental de materiales blandos en sus investigaciones anteriores allana el camino para la fabricación de dispositivos VasFluidic.
"VasFluidics tiene aplicaciones prometedoras, especialmente para el diseño de estructuras de microtúbulos y biotintas. Por lo tanto, tiene un gran potencial para combinarse con la ingeniería celular para desarrollar modelos de vasos sanguíneos artificiales, que se espera que se utilicen en aplicaciones biomédicas, como órganos en chips y organoides", dijo el Dr. Yi Pan, colaborador de esta investigación y anteriormente doctorado. estudiante en el grupo del profesor Shum y actualmente profesor asociado de la Facultad de Medicina de la Universidad Southwest Jiaotong.
El Dr. Wei Guo, otro colaborador de esta investigación y profesor asistente de investigación en el grupo del profesor Shum, añadió:"Aparte de los méritos científicos y las posibles aplicaciones biomédicas de este trabajo, también despierta nuestra imaginación. El tejido vascular del cuerpo humano, un sistema de transporte eficiente, se ha ido perfeccionando a lo largo de millones de años de evolución.
"Al demostrar el potencial de los sistemas sintéticos como VasFluidics para reconstruir tejido vascular, esta investigación representa un avance sustancial en nuestros esfuerzos por imitar y aprovechar las extraordinarias capacidades de los sistemas más precisos y eficientes de la naturaleza".
El equipo del profesor Shum se ha centrado en técnicas de microfluidos de vanguardia para ir más allá en el control preciso de (bio)líquidos y el análisis eficiente de muestras de (bio)líquidos. A pesar de sus avances en aplicaciones biomédicas asistidas por microfluidos, el equipo de investigación se negó a conformarse simplemente con las configuraciones tradicionales.
Al explorar y descubrir el potencial de los microfluidos para un procesamiento y análisis de biofluidos más eficientes, el equipo se da cuenta de que se necesitan nuevos paradigmas en el diseño y fabricación de dispositivos fluídicos.
"Nuestro objetivo a largo plazo es utilizar microfluidos para desarrollar análisis ultrasensibles de los fluidos del cuerpo humano, para ayudar a la medicina de precisión contra enfermedades y beneficiar la salud humana", afirmó el profesor Shum.
El profesor Shum prevé que el sistema VasFluidics será pionero en plataformas biomiméticas con manipulación compleja de fluidos. "Las aplicaciones biomédicas potenciales son ilimitadas. Algunos ejemplos son el modelado in vitro de la mecánica de fluidos biológicos, la síntesis de biomoléculas, la detección de fármacos y el modelado de enfermedades en órganos en chips", afirmó.
Más información: Yafeng Yu et al, Sistema fluídico inspirado en redes vasculares (VasFluidics) con paredes membranosas espacialmente funcionalizables, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45781-3
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Hong Kong
