(PhysOrg.com) - Los investigadores están desarrollando nuevas tecnologías que combinan un láser y campos eléctricos para manipular fluidos y partículas diminutas como bacterias, virus y ADN para una amplia gama de aplicaciones potenciales, desde la fabricación de medicamentos hasta la seguridad alimentaria.

Las tecnologías podrían aportar sensores y dispositivos analíticos innovadores para aplicaciones de "laboratorio en un chip", o instrumentos en miniatura que realizan mediciones que normalmente requieren un gran equipo de laboratorio, dijo Steven T. Wereley, un profesor de ingeniería mecánica de la Universidad de Purdue.

El método, denominada "manipulación optoeléctrica híbrida en microfluídica, "es una nueva herramienta potencial para aplicaciones que incluyen diagnósticos médicos, probando comida y agua, análisis forense de la escena del crimen, y fabricación farmacéutica.

"Esta es una tecnología de vanguardia que se ha desarrollado durante la última década a partir de la investigación en un puñado de universidades, "dijo Aloke Kumar, miembro de Wigner Fellow y miembro del personal del Laboratorio Nacional de Oak Ridge.

Es el autor principal de un artículo sobre la tecnología que aparece en la portada de la edición del 7 de julio de Laboratorio en un chip revista, publicado por la Royal Society of Chemistry. El artículo también ha sido marcado por la publicación como un "Artículo HOT" y se ha hecho de libre acceso.

El artículo está escrito por Wereley; Kumar; Stuart J. Williams, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de Louisville; Han-Sheng Chuang, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad Nacional Cheng Kung; y Nicolas G. Green, investigador de la Universidad de Southampton.

"Un aspecto muy importante es que hemos logrado una integración de tecnologías que permite la manipulación en un espectro de escala de longitud muy amplio, "Dijo Kumar." Esto nos permite manipular no sólo objetos de gran tamaño como gotas, sino también pequeñas moléculas de ADN dentro de las gotas mediante el uso de una técnica combinada. Esto puede mejorar enormemente la eficiencia de los sensores de laboratorio en un chip ".

Kumar, Williams y Chuang son ex estudiantes de doctorado de Purdue que trabajaron con Wereley. Gran parte de la investigación se ha basado en el Birck Nanotechnology Center en Purdue's Discovery Park.

Las tecnologías están listas para algunas aplicaciones, incluidos diagnósticos médicos y muestras ambientales, Dijo Williams.

"Hay dos aspectos principales en las aplicaciones, ", dijo." La primera es la micro y nanofabricación y la segunda son los sensores de laboratorio en un chip. Este último ha demostrado aplicaciones biológicamente relevantes en los últimos años, y su expansión en este campo es inmediata y continua ".

La tecnología funciona utilizando primero un láser rojo para colocar una gota en una plataforma especialmente fabricada en Purdue. Próximo, se utiliza un láser infrarrojo altamente enfocado para calentar las gotas, y luego los campos eléctricos hacen que el líquido calentado circule en un "vórtice de microfluidos". Este vórtice se utiliza para aislar tipos específicos de partículas en el líquido circulante, como una microcentrífuga. Las concentraciones de partículas replican el tamaño, ubicación y forma del patrón láser infrarrojo.

"Esto funciona muy rápido, ", Dijo Wereley." Las partículas tardan menos de un segundo en responder y salir de la solución ".

Los sistemas que utilizan el enfoque optoeléctrico híbrido pueden diseñarse para detectar con precisión, manipular y detectar ciertos tipos de bacterias, incluyendo cepas particulares que hacen que los metales pesados ​​sean menos tóxicos.

"Estamos filmando para aplicaciones biológicas, como la remediación de aguas subterráneas, ", Dijo Wereley." Incluso dentro de la misma cepa de bacterias, algunas son buenas en la tarea y otras no, y esta tecnología hace posible eliminar de manera eficiente esas bacterias de otras. La bacteria podría inyectarse en el suelo contaminado. Siembras el suelo con las bacterias, pero primero necesitas encontrar una forma económica de separarlo ".

Los investigadores de Purdue también están buscando la tecnología para la fabricación de productos farmacéuticos, él dijo.

"Estos tipos de tecnología son buenos por ser muy dinámicos, lo que significa que puede decidir en tiempo real tomar todas las partículas de un tamaño o tipo y colocarlas en algún lugar, ", Dijo Wereley." Esto es importante para el campo de la farmacia porque una serie de medicamentos se fabrican a partir de partículas sólidas suspendidas en líquido. Las partículas deben recogerse y separarse del líquido ".

Este proceso ahora se realiza mediante filtros y centrifugadoras.

"Una centrífuga hace lo mismo, pero es global, crea una fuerza en cada partícula, Considerando que esta nueva tecnología puede aislar específicamente solo ciertas partículas, "Wereley dijo." Podemos, decir, recoger todas las partículas que tengan un micrón de diámetro o eliminar cualquier cosa mayor a dos micrones, para que pueda seleccionar dinámicamente qué partículas desea conservar ".

La tecnología también se puede utilizar como herramienta para la nanofabricación porque parece prometedora para el ensamblaje de partículas en suspensión. llamados coloides. La capacidad de construir objetos con coloides permite crear estructuras con características mecánicas y térmicas particulares para fabricar dispositivos electrónicos y piezas mecánicas diminutas. Las aplicaciones de nanofabricación están al menos a cinco años de distancia, él dijo.

La tecnología también se puede utilizar para aprender las fuerzas electrocinéticas fundamentales de moléculas y estructuras biológicas, lo cual es difícil de hacer con las tecnologías existentes.

"Por lo tanto, también hay aplicaciones científicas muy fundamentales de estas tecnologías, "Dijo Kumar.