Esquema del dispositivo de microfluidos optoelectromecánicos coplanar accionado por luz que cuenta con una rejilla de malla metálica integrada. Una gota en la superficie del dispositivo se activa y se mueve alrededor del plano bidimensional bajo la influencia de un patrón óptico incidente. Crédito:Jodi Loo et al. doi:10.1117 / 1.JOM.1.3.034001.
Las tecnologías de microfluidos han experimentado grandes avances en las últimas décadas para abordar aplicaciones como el análisis bioquímico, desarrollo farmacéutico, y diagnósticos en el lugar de atención. La miniaturización de las operaciones bioquímicas realizadas en plataformas de microfluidos de laboratorio en un chip se benefician de una muestra reducida, reactivo, y volúmenes de residuos, así como una mayor paralelización y automatización. Esto permite operaciones más rentables junto con un mayor rendimiento y sensibilidad para un análisis y detección de muestras más rápidos y eficientes.
Optoelectrowetting (OEW) es una tecnología optofluídica digital que se basa en los principios de electrohumectación controlada por luz y permite la activación y manipulación de gotitas discretas. Los dispositivos OEW tienen muchas ventajas, como la capacidad para grandes tiempo real, y control reconfigurable de gotitas del tamaño de un picolitro a un microlitro ajustando el número y tamaño de los patrones de luz óptica de baja intensidad que inciden en el dispositivo. Con cada gota individual en el dispositivo OEW actuando como su propia cámara de biorreacción, el dispositivo OEW también tiene la capacidad de admitir capacidades de multiplexación. Esto puede resultar beneficioso en aplicaciones como el análisis de células individuales y la genómica o bibliotecas combinatorias.
Los dispositivos OEW tradicionales anteriores proporcionan una plataforma flexible para realizar ensayos químicos y biológicos, como la reacción en cadena de la polimerasa isotérmica en tiempo real con técnicas básicas de manipulación de gotas. Sin embargo, en estos dispositivos OEW, las gotas se intercalan entre un sustrato OEW activo inferior y un sustrato de electrodo de tierra de la capa superior, obligando a que cualquier configuración fluídica de entrada / salida se integre desde las aberturas laterales. Aunque factible, esto puede resultar una limitación para la integración del sistema.
Investigadores de la Universidad de California, Berkeley, creó un solo lado, Dispositivo OEW coplanar que permite la actuación de gotitas individualizada y en paralelo y se beneficia de una accesibilidad de gotitas más fácil desde arriba para más esquemas de configuración de entrada / salida. Esto se logró al eliminar la necesidad de un electrodo de cubierta superior que se encuentra en los dispositivos OEW tradicionales mediante la fabricación de una rejilla de malla metálica integrada en el dispositivo OEW. Las gotas aún pueden moverse libremente alrededor de la superficie del dispositivo bidimensional y ahora son accesibles desde arriba debido al diseño de la parte superior abierta.
La luz se ilumina selectivamente en la capa fotoconductora debajo de parte de la línea de contacto de una gota para lograr un desequilibrio de fuerza electromecánica dentro de la gota. Esto hace que la gota se mueva hacia el patrón de luz. Crédito:Jodi Loo et al. doi:10.1117 / 1.JOM.1.3.034001.
En su investigación, publicado recientemente en el nuevo SPIE Revista de microsistemas ópticos , También han derivado un modelo teórico del dispositivo OEW coplanar para comprender mejor cómo la rejilla de malla metálica integrada afecta el rendimiento del dispositivo y de las gotas. El análisis recopilado del modelo OEW coplanar se utilizó para optimizar la estructura y el funcionamiento del dispositivo coplanar. Han demostrado la capacidad para la manipulación básica de gotas, como operaciones de gotitas individuales en paralelo, fusión de múltiples gotas, y la capacidad de manipular y mover gotas con diferentes volúmenes simultáneamente.
El dispositivo coplanar mejora el rendimiento de actuación de gota del dispositivo OEW tradicional con velocidades dos veces más rápidas, hasta 4,5 cm / s. Las velocidades de gota más altas en el dispositivo OEW coplanar logradas a pesar de una reducción marginal en la fuerza efectiva en comparación con el dispositivo OEW tradicional pueden atribuirse en parte a la reducción de la fricción debido a la eliminación de la cubierta superior.
Además, Se demostró la capacidad de operar dispositivos OEW coplanares con una intensidad de luz reducida en un 95%. Para mostrar el beneficio de tener gotas expuestas para adaptarse a una gama más amplia de configuraciones de entrada / salida, Se integró un sistema de dispensación de gotas bajo demanda desde arriba con el dispositivo OEW coplanar para inyectar, recoger, y coloque gotas individuales y forme matrices de gotas a gran escala de hasta 20 por 20, cubriendo toda la superficie del dispositivo. La creación de dispositivos OEW más grandes debería permitir que se acomoden aún más gotas en el chip.
Con esta investigación, el equipo ha desarrollado una plataforma OEW para la manipulación confiable de gotas que puede lograr la mayoría de las técnicas de laboratorio biológicas y químicas básicas. El dispositivo OEW coplanar amplía la flexibilidad y el rango de posibilidades de las tecnologías optofluídicas para lograr mayores capacidades de integración de sistemas y aplicaciones biológicas y químicas.
