Los ingenieros del MIT acaban de introducir un elemento divertido en la microfluídica.

El campo de la microfluídica involucra dispositivos diminutos que manipulan con precisión fluidos a escalas submilimétricas. Estos dispositivos suelen tener la forma de planos, chips bidimensionales, grabado con pequeños canales y puertos que están dispuestos para realizar diversas operaciones, como mezclar, clasificación, bombeo, y almacenar líquidos a medida que fluyen.

Ahora el equipo del MIT, mirando más allá de esos diseños de laboratorio en un chip, ha encontrado una plataforma de microfluidos alternativa en "enclavamiento, bloques moldeados por inyección "—o, como la mayoría de nosotros los conocemos, Ladrillos LEGO.

"Los LEGO son fascinantes ejemplos de precisión y modularidad en los objetos manufacturados cotidianos, "dice Anastasios John Hart, profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT.

En efecto, Los ladrillos LEGO se fabrican de manera tan consistente que no importa en qué parte del mundo se encuentren, Se garantiza que dos ladrillos se alinearán y encajarán de forma segura en su lugar. Dado este alto grado de precisión y consistencia, Los investigadores del MIT eligieron los ladrillos LEGO como base para un nuevo diseño modular de microfluidos.

En un artículo publicado en la revista Lab on a Chip, el equipo describe micro-fresado de pequeños canales en LEGO y posicionando la salida de cada "ladrillo fluido" para que se alinee con precisión con la entrada de otro ladrillo. Luego, los investigadores sellaron las paredes de cada ladrillo modificado con un adhesivo, permitiendo que los dispositivos modulares se monten y reconfiguren fácilmente.

Cada ladrillo puede diseñarse con un patrón particular de canales para realizar una tarea específica. Los investigadores han diseñado hasta ahora ladrillos como resistencias y mezcladores de fluidos, así como generadores de gotas. Sus ladrillos fluidos se pueden romper o desmontar, para formar dispositivos microfluídicos modulares que realizan diversas operaciones biológicas, como clasificar celdas, mezcla de fluidos, y filtrar moléculas de interés.

"Entonces podrías construir un sistema de microfluidos de manera similar a como construirías un castillo de LEGO, ladrillo a ladrillo, "dice la autora principal Crystal Owens, estudiante de posgrado en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT. "Esperamos en el futuro, otros podrían usar ladrillos LEGO para hacer un kit de herramientas microfluídicas ".

Mecánica modular

Ciervo, quien también es director del Laboratorio de Manufactura y Productividad del MIT y del Grupo de Mecanosíntesis, centra principalmente su investigación en nuevos procesos de fabricación, con aplicaciones que van desde nanomateriales hasta impresión 3D a gran escala.

"A través de los años, He tenido una exposición periférica al campo de la microfluídica y el hecho de que la creación de prototipos de dispositivos de microfluidos es a menudo una tarea difícil, pérdida de tiempo, proceso intensivo en recursos, "Dice Hart.

Owens, que trabajó en un laboratorio de microfluidos como estudiante, había visto de primera mano los meticulosos esfuerzos que se dedicaron a diseñar un laboratorio en un chip. Después de unirse al grupo de Hart, estaba ansiosa por encontrar una manera de simplificar el proceso de diseño.

La mayoría de los dispositivos de microfluidos contienen todos los canales y puertos necesarios para realizar múltiples operaciones en un chip. Owens y Hart buscaron formas de, en esencia, explotar esta plataforma de un chip y hacer que los microfluidos sean modulares, asignar una sola operación a un solo módulo o unidad. Luego, un investigador podría mezclar y combinar módulos de microfluidos para realizar varias combinaciones y secuencias de operaciones.

Al buscar formas de realizar físicamente su diseño modular, Owens y Hart encontraron la plantilla perfecta en los ladrillos LEGO, que son aproximadamente tan largos como un chip de microfluidos típico.

"Debido a que los LEGO son tan económicos, ampliamente accesible, y consistentes en su tamaño y repetibilidad de montaje, desmontaje y montaje, preguntamos si los ladrillos LEGO podrían ser una forma de crear un conjunto de herramientas de ladrillos fluídicos o microfluídicos, "Dice Hart.

Construyendo a partir de una idea

Para responder a esta pregunta, el equipo compró un conjunto de estándares, ladrillos LEGO listos para usar y probé varias formas de introducir canales de microfluidos en cada ladrillo. El método más exitoso resultó ser el microfresado, una técnica bien establecida comúnmente utilizada para perforar extremadamente fino, características submilimétricas en metales y otros materiales.

Owens usó una micro fresadora de escritorio para fresar primero un simple, Canal de 500 micrones de ancho en la pared lateral de un ladrillo LEGO estándar. Luego pegó una película transparente sobre la pared para sellarla y bombeó fluido a través del canal recién fresado del ladrillo. Ella observó que el fluido fluía con éxito a través del canal, demostrando que el ladrillo funcionaba como una resistencia de flujo, un dispositivo que permite que fluyan cantidades muy pequeñas de fluido.

Usando esta misma técnica, Ella fabricó un mezclador de fluidos fresando una horizontal, Canal en forma de Y, y enviando un fluido diferente a través de cada brazo de la Y. Donde los dos brazos se unen, los fluidos se mezclaron con éxito. Owens también convirtió un ladrillo LEGO en un generador de gotas fresando un patrón en forma de T en su pared. Mientras bombeaba fluido a través de un extremo de la T, descubrió que parte del líquido caía por el medio, formando una gota al salir del ladrillo.

Para demostrar modularidad, Owens construyó un prototipo sobre una placa base LEGO estándar que consta de varios ladrillos, cada uno diseñado para realizar una operación diferente a medida que se bombea el fluido. Además de hacer el mezclador de fluidos y el generador de gotas, también equipó un ladrillo LEGO con un sensor de luz, posicionar con precisión el sensor para medir la luz a medida que el fluido pasa a través de un canal en la misma ubicación.

Owens dice que la parte más difícil del proyecto fue descubrir cómo conectar los ladrillos, sin fugas de líquido. Si bien los ladrillos LEGO están diseñados para encajar de forma segura en su lugar, Sin embargo, hay un pequeño espacio entre los ladrillos, midiendo entre 100 y 500 micrones. Para sellar esta brecha, Owens fabricó una pequeña junta tórica alrededor de cada entrada y salida en un ladrillo.

"La junta tórica encaja en un pequeño círculo fresado en la superficie del ladrillo. Está diseñado para sobresalir una cierta cantidad, así que cuando se coloca otro ladrillo a su lado, comprime y crea un sello fluido confiable entre los ladrillos. Esto funciona simplemente colocando un ladrillo al lado de otro, "Dice Owens." Mi objetivo era que fuera fácil de usar ".

"Una forma fácil de construir"

Los investigadores señalan solo un par de inconvenientes en su método. En este momento, pueden fabricar canales de decenas de micrones de ancho. Sin embargo, Algunas operaciones de microfluidos requieren canales mucho más pequeños, que no se puede realizar mediante técnicas de micro-fresado. También, como los ladrillos LEGO están hechos de termoplásticos, es probable que no puedan soportar la exposición a ciertos productos químicos que a veces se utilizan en sistemas de microfluidos.

"Hemos estado experimentando con diferentes revestimientos que podríamos poner en la superficie para hacer ladrillos LEGO, ya que son, compatible con diferentes fluidos, ", Dice Owens." Los ladrillos similares a LEGO también podrían estar hechos de otros materiales, como polímeros con estabilidad a altas temperaturas y resistencia química ".

Por ahora, Se podría usar un dispositivo de microfluidos basado en LEGO para manipular fluidos biológicos y realizar tareas como clasificar células, filtrar fluidos, y encapsular moléculas en gotitas individuales. Actualmente, el equipo está diseñando un sitio web que contendrá información sobre cómo otros pueden diseñar sus propios ladrillos fluidos utilizando piezas estándar de LEGO.

"Nuestro método proporciona una plataforma accesible para la creación de prototipos de dispositivos de microfluidos, "Hart dice." Si el tipo de dispositivo que quieres hacer, y los materiales con los que trabaja, son adecuados para este tipo de diseño modular, esta es una manera fácil de construir un dispositivo de microfluidos para investigación de laboratorio ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.