Los dispositivos de microfluidos pueden tomar procedimientos estándar de laboratorio médico y condensar cada uno en un microchip que se puede equilibrar en la parte superior de la tapa de una botella de agua. Un equipo de la Universidad Tecnológica de Michigan, estudiando ingeniería química, ingeniería eléctrica y ciencia de los materiales, Agilizar el diseño de dispositivos de microfluidos para que sean transparentes para observar su funcionamiento interno. Usando túneles delgados como un cabello y electrodos igualmente pequeños, estos dispositivos canalizan los fluidos a través de una corriente eléctrica para clasificar las células, encontrar enfermedades, y ejecutar pruebas de diagnóstico.

El problema es que las muestras biológicas no son inertes, están cargadas y listas para interactuar. Cuando los fluidos entran en contacto con los electrodos del microdispositivo, pueden ocurrir explosiones. Pequeños. Pero la explosión de los glóbulos rojos, causada por un desequilibrio iónico que revienta las membranas celulares en un proceso llamado lisis, anula el objetivo de evaluar los niveles de azúcar en la sangre o el tipo de sangre. En otras pruebas, como por cáncer o enfermedad infecciosa, alterar la química de la muestra puede dar lugar a falsos negativos o falsos positivos. Interacciones entre muestras y electrodos, llamadas reacciones faradaicas, puede ser un efecto secundario no deseado en microfluidos.

Para preservar la integridad de las muestras y mantener una superficie clara para observar lo que sucede dentro del dispositivo, Los ingenieros de Michigan Tech detallan cómo las delgadas capas de óxido de hafnio actúan como un protector de pantalla de teléfono celular para microdispositivos. Su trabajo fue publicado recientemente en Películas sólidas delgadas y un video de un dispositivo muestra cómo funciona la capa protectora.

Jeana Collins, profesor de ingeniería química, estudió microfluidos para su investigación doctoral en Michigan Tech y es la primera autora del artículo. Ella explica cómo el laboratorio en un chip utiliza un proceso llamado dielectroforesis.

"La respuesta dielectroforética es un movimiento, "ella dice." ¿Y cómo puedes saber que se movió? Mirándolo moverse ".

Collins continúa explicando que un campo eléctrico no uniforme de los electrodos interactúa con la carga de las partículas o células en una muestra, provocando que migren. Muchos dispositivos biológicos de laboratorio en un chip se basan en este tipo de respuesta eléctrica.

"Como ingenieros químicos, nos ocupamos más del lado de la fluídica, "Collins dice, agregando que la electrónica también es clave y un medidor de glucosa en sangre es un excelente ejemplo. "Tienes la sangre, ese es tu fluido, y entra, tienes una prueba hecha, luego obtienes una lectura digital. Así que es una combinación de fluídica y electrónica ".

Aunque se cubre un laboratorio en un chip comercializado como un medidor de glucosa, Collins y otros ingenieros necesitan ver qué está sucediendo para obtener una imagen clara bajo un microscopio. Es por eso que el óxido de hafnio, que deja solo un ligero matiz, es útil en su desarrollo de diseño de microdispositivos.

También, la tecnología no se aplica a un solo dispositivo. Por su sencillez, la capa de óxido de hafnio funciona con varios diseños de electrodos, mantiene una constante dieléctrica constante de 20,32 y es hemocompatible, es decir, minimiza las reacciones faradaicas que pueden causar la lisis celular, de modo que explotan menos glóbulos rojos cuando se acercan a los electrodos.

Collins y su equipo probaron tres espesores diferentes de óxido de hafnio:58 nanómetros, 127 nanómetros y 239 nanómetros. Descubrieron que, según el tiempo de deposición, 6,5 minutos, 13 minutos y 20 minutos:el tamaño del grano y la estructura se pueden modificar según las necesidades de dispositivos específicos. El único problema potencial sería para los microdispositivos basados ​​en fluorescencia porque el óxido de hafnio interfiere con ciertas longitudes de onda. Sin embargo, La transparencia óptica de la capa la convierte en una buena solución para muchas pruebas biológicas de laboratorio en un chip.