Desde la década de 1990, Los científicos han estado explorando las posibilidades de "laboratorios" químicos miniaturizados en un chip, que tienen potencial como diagnósticos en el punto de atención, kits de análisis para investigación de campo y, algún día, incluso para realizar pruebas químicas en otros planetas.

En un laboratorio normal, Los químicos usan vasos de precipitados para mezclar sustancias químicas y estudiar reacciones. En un laboratorio miniaturizado, Los sistemas de microfluidos pueden realizar experimentos químicos en un chip a través de una serie de pequeños tubos conectados del tamaño de un cabello.

Esta tecnología está actualmente en uso, más notablemente en el campo médico, que crea órganos en un chip para la investigación. Sin embargo, El potencial de la tecnología no se ha alcanzado por completo porque las reacciones químicas están controladas por un gran equipo que a menudo es externo al chip.

En un estudio reciente publicado en Naturaleza , Investigadores de la Universidad de Saint Louis junto con colegas de la Universidad de Northwestern y Normandie Universite compartieron su descubrimiento de una forma de programar controles integrados en una red de microfluidos.

"Nos inspiramos en la electrónica, en el que los controles de un chip son autónomos, "dijo Istvan Kiss, Doctor., profesor de química en la Universidad de Saint Louis. "Cuando comenzamos la investigación en este campo, dijimos '¿Por qué no construimos pequeños reactores? tamaño submilimétrico. Usamos solo una pequeña cantidad de reactores, así que dirigir el flujo fue fácil con simple, tubos diminutos. Pero ahora, para avanzar la tecnología, necesitamos que el chip sea un poco más complicado, con muchos reactores y tubos en el medio, para operar más como un circuito ".

Para resolver este problema, Los investigadores combinaron la teoría de redes y la mecánica de fluidos y crearon controles operados completamente en el chip.

Junto con Yifan Liu, Doctor., asistente de investigación graduada en SLU y otros colegas, Kiss diseñó una red con una relación no lineal entre la presión aplicada y el caudal, que se puede utilizar para cambiar la dirección del flujo de líquido simplemente cambiando la presión de entrada y salida.

Siguiendo el ejemplo de una teoría contraria a la intuición sobre los patrones de tráfico, Los científicos descubrieron que los atajos no siempre son el camino más rápido del punto A al punto B. Un fenómeno conocido como la paradoja de Braess ha demostrado:en los patrones de tráfico, electrónica, manantiales, que a veces tener más caminos para recorrer en realidad ralentiza el tráfico en lugar de acelerarlo.

"Hemos creado una red que muestra esa paradoja, ", Dijo Kiss." Mientras estudiábamos cómo las moléculas de agua esquivan los obstáculos, creó una 'válvula'. Las moléculas de agua se desvían de sus caminos. A caudales bajos, van hacia los obstáculos, mientras que a altos caudales, van en sentido contrario ".

"Cuando cerramos un canal de acceso directo, resulta en un mayor, en lugar de más bajo, caudal total. Estamos interesados ​​en cómo tales cambios en las velocidades y direcciones de flujo eventualmente cambiarán las reacciones químicas en los reactores ".

Esta tecnología podría usarse para crear sistemas de prueba de laboratorio portátiles, así como para diseñar nuevas aplicaciones, como dispositivos portátiles de control de la salud o sistemas espaciales desplegables.