Un concepto importante en la atención médica futura es el desarrollo de dispositivos llamados "laboratorio en un chip". Estos "chips, "no relacionado con los electrónicos que se encuentran en las computadoras, son pequeños dispositivos en los que se inyectan fluidos biológicos (sangre u orina, por ejemplo) para llenar canales microscópicos diseñados específicamente. Estos canales contendrían biosensores que podrían detectar, por ejemplo, marcadores específicos de enfermedades dentro del fluido y proporcionar un diagnóstico rápido. Se podría realizar una gran variedad de análisis en un dispositivo de unos pocos centímetros cuadrados. Sin embargo, un problema que surge es el tamaño de la muestra de fluido inyectada dentro del chip, con pequeños volúmenes de hasta una mil millonésima parte de un litro. Debido a la falta de tecnologías disponibles, los investigadores aún no comprenden completamente cómo se comportan los fluidos, en particular los complejos de origen biológico, a escalas tan pequeñas.

La profesora Amy Shen y los miembros de su equipo de la Unidad de Micro / Bio / Nanofluídicos de OIST han centrado sus esfuerzos en el uso de microfluidos como una herramienta para revelar las leyes y principios que gobiernan el comportamiento de fluidos complejos a escala microscópica. Luego, en una segunda fase, hacen uso de estos descubrimientos para proporcionar aplicaciones directas en la salud y la biotecnología. Sus hallazgos recientes se pueden encontrar en el Revista de reología del Instituto Americano de Física.

Caracterizar el comportamiento de las soluciones de polímeros a escala microscópica

Los polímeros son moléculas grandes construidas a partir de muchas unidades similares repetidas. Son omnipresentes en la vida cotidiana, que componen la mayoría de los materiales sintéticos que utilizamos, desde tejidos hasta caucho y poliestireno. Las soluciones de polímeros líquidos se pueden encontrar en muchos artículos comerciales, desde productos de limpieza para el hogar hasta pintura. Pero es a escala microscópica donde las soluciones de polímeros podrían mejorar drásticamente las herramientas de diagnóstico.

"Cuando agrega un polímero a una suspensión de partículas en agua, desencadena un nuevo fenómeno en el canal de microfluidos, "El Dr. Del Giudice explicó." Estos polímeros comienzan a actuar como resortes para patear partículas o células en la suspensión, empujándolos hacia el centro del canal y promoviendo su alineación. "Ser capaz de organizar partículas o células dentro de un canal microscópico representa una gran mejora para el uso de biosensores en el diagnóstico de la salud. Las soluciones de polímeros podrían incluso separar y clasificar por tamaño diferentes componentes en un fluido biológico complejo, por ejemplo, sangre, compuesto por células y agregados de muchos tamaños, dentro de un solo chip de microfluidos.

Pero este fenómeno depende en gran medida de la naturaleza del propio polímero. Se necesita tiempo para que el polímero en una solución diluida vuelva a su forma original después de haber sido deformado por el flujo. Este retraso llamado el tiempo de relajación, es un parámetro crítico a medir para describir el comportamiento del polímero. Hoy dia, Las técnicas actuales para medir los tiempos de relajación están limitadas por la sensibilidad de los instrumentos comerciales disponibles. que solo son capaces de medir tiempos de relajación relativamente largos, como los de las soluciones poliméricas concentradas en grandes volúmenes.

En su trabajo, El Dr. Francesco Del Giudice y el Dr. Simon Haward diseñaron dispositivos de microfluidos para observar la deformación y relajación de los polímeros dentro de canales micrométricos. Estas plataformas permiten a los investigadores estirar o cortar polímeros a voluntad utilizando volúmenes y concentraciones bajas y registrar las reacciones a esas fuerzas. De este modo, pueden caracterizar fluidos poliméricos diluidos con tiempos de relajación incluso muy cortos, y así tener una idea mucho mejor de su comportamiento a escala microscópica.

El uso de estas nuevas herramientas de microfluidos permitiría a los investigadores generar un catálogo de diversos fluidos poliméricos cuyos tiempos de relajación son conocidos. Con tal base de datos a su disposición, Luego, los científicos podrían elegir un polímero apropiado para la alineación y / o separación de moléculas dentro del fluido biológico que desean estudiar dentro de su chip. "De esta manera, comprender las soluciones de polímeros le permitirá crear una plataforma de alto rendimiento en un chip compuesto por varios módulos diferentes, cada uno realizando diferentes análisis ", agregó el Dr. Del Giudice.