Un biorreactor de microfluidos consta de dos cámaras separadas por una membrana de silicio nanoporosa. Permite ensayos basados en flujo utilizando cantidades mínimas de reactivo. La membrana de silicona ultrafina proporciona una excelente imitación de las propiedades de barrera biológica. NOTA:Esta imagen combina dos exposiciones para capturar las partes más brillantes y más oscuras de la escena, que exceden el rango dinámico del sensor de la cámara. El compuesto resultante es más fiel a lo que el ojo realmente ve. Crédito:Adam Fenster / Universidad de Rochester.
La capacidad de reducir los procesos a escala de laboratorio a sistemas automatizados del tamaño de un chip revolucionaría la biotecnología y la medicina. Por ejemplo, El ejército de los EE. UU. y para los esfuerzos de seguridad nacional necesitan dispositivos económicos y altamente portátiles que procesen muestras de sangre para detectar agentes biológicos como el ántrax. Uno de los desafíos de la tecnología "lab-on-a-chip" es la necesidad de bombas miniaturizadas para mover soluciones a través de microcanales. Bombas electroosmóticas (EOP), dispositivos en los que los fluidos parecen moverse mágicamente a través de medios porosos en presencia de un campo eléctrico, son ideales porque se pueden miniaturizar fácilmente. Sin embargo, los EOP requieren voluminosos, fuentes de energía externas, que derrota el concepto de portabilidad. Pero una membrana de silicio súper delgada desarrollada en la Universidad de Rochester ahora podría hacer posible reducir drásticamente la fuente de energía, allanando el camino para dispositivos de diagnóstico del tamaño de una tarjeta de crédito.
"Hasta ahora, Las bombas electroosmóticas han tenido que funcionar a un voltaje muy alto, alrededor de 10 kilovoltios, "dijo James McGrath, profesor asociado de ingeniería biomédica. "Nuestro dispositivo funciona en el rango de un cuarto de voltio, lo que significa que puede integrarse en dispositivos y alimentarse con baterías pequeñas ".
El artículo de investigación de McGrath está siendo publicado esta semana por la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
McGrath y su equipo utilizan membranas de silicio nanocristalino poroso (pnc-Si) que son microscópicamente delgadas:se necesitan más de mil apiladas una encima de la otra para igualar el ancho de un cabello humano. Y eso es lo que permite un sistema de bajo voltaje.
Es necesario colocar una membrana porosa entre dos electrodos para crear lo que se conoce como flujo electroosmótico. que ocurre cuando un campo eléctrico interactúa con iones en una superficie cargada, provocando que los fluidos se muevan a través de los canales. Las membranas utilizadas anteriormente en los EOP han dado como resultado una caída de voltaje significativa entre los electrodos, obligando a los ingenieros a comenzar con voluminosos, fuentes de energía de alto voltaje. Las membranas finas de pnc Si permiten que los electrodos se coloquen mucho más cerca entre sí, creando un campo eléctrico mucho más fuerte con una caída de voltaje mucho menor. Como resultado, se necesita una fuente de energía más pequeña.
"Hasta ahora, no todo lo asociado con bombas en miniatura fue miniaturizado, ", dijo McGrath." Nuestro dispositivo abre la puerta a una gran cantidad de aplicaciones ".
Junto con las aplicaciones médicas, Se ha sugerido que los EOP podrían usarse para enfriar dispositivos electrónicos. A medida que los dispositivos electrónicos se hacen más pequeños, los componentes están empaquetados de forma más compacta, facilitando que los dispositivos se sobrecalienten. Con fuentes de alimentación en miniatura, Puede ser posible utilizar EOP para ayudar a enfriar computadoras portátiles y otros dispositivos electrónicos portátiles.
McGrath dijo que hay otro beneficio para las membranas de silicio. "Debido a los métodos de fabricación escalables, las membranas de silicio nanocristalino son económicas de fabricar y pueden integrarse fácilmente en chips de microfluidos de silicio o de sílice ".
