Los dispositivos analíticos de microfluidos basados ​​en papel (µPAD) son un concepto prometedor con un rápido desarrollo en los últimos años. En un nuevo estudio publicado en Naturaleza:microsistemas y nanoingeniería , un equipo dirigido por Yanfang Guan y Baichuan Sun en ingeniería electromecánica en China, desarrolló una nueva técnica para diseñar µPADs conocida como impresión de sellos atómicos (ASP). El método fue rentable, fácil de operar y permitió una alta eficiencia de producción con alta resolución. Como prueba de concepto, utilizaron µPADs diseñados mediante el método ASP para detectar concentraciones variadas de cobre (Cu ²⁺ ) mediante un método colorimétrico. Los dispositivos lograron un Cu ²⁺ límite de detección de 1 mg / L. Guan y col. También creó un nuevo dispositivo de extracción sólido-líquido (PSED) basado en papel que utiliza un µPAD tridimensional (3-D) con una estructura "3 + 2" y un modo de extracción reciclable. Debido a las características de la filtración del papel y la fuerza capilar, el dispositivo podría completar de manera eficiente múltiples pasos de extracción y filtración de procesos de extracción sólido-líquido. La plataforma PSED permitió Detección rápida y rentable de iones de metales pesados ​​en el punto de atención. El trabajo es muy prometedor para aplicaciones en seguridad alimentaria y contaminación ambiental en áreas con recursos limitados.

En la década de 1990, Los bioingenieros propusieron por primera vez un dispositivo conceptual de "laboratorio en un chip" (LOC) basado en tecnología de microfluidos. Desde entonces, los investigadores han propuesto dispositivos analíticos de microfluidos basados ​​en papel (µPAD) para reemplazar los microfluidos tradicionales, incluyendo chips a base de vidrio y silicona. Las ventajas incluyen una fabricación simple, bajo costo, portabilidad y disponibilidad para aplicaciones generalizadas en pruebas en el punto de atención. Se emplearon varios métodos para fabricar µPAD, incluida la fotolitografía, impresión de cera, corte de papel y estampado. Los sellos Atom (AS) o los sellos penetrantes grabados a máquina se pueden grabar manualmente, aunque la práctica requiere habilidad y experiencia. Una máquina de grabado láser puede funcionar con software de dibujo común, incluidos AutoCAD y CorelDraw, para formar un sello que absorbe la tinta debido a su arquitectura microporosa. Guan y col. utilizó el nuevo enfoque para producir µPAD mediante impresión AS (ASP), donde empaparon un sello del patrón requerido en solvente PDMS, lo imprimí en papel y lo dejé en una caja de secado al vacío para completar la fabricación. Luego eligieron el método colorimétrico para detectar Cu ²⁺ .

El equipo demostró la versatilidad de los µPAD mediante la introducción de un dispositivo integrado para la extracción de suelo-líquido a base de papel. El dispositivo aprovechó las ventajas del papel, incluido su bajo costo, portabilidad y filtrabilidad para demostrar un rendimiento superior durante la extracción experimental. Analizaron la resolución de µPADs, como una métrica importante para regular su desempeño, que determinó el ancho de canal mínimo para los pasajes de flujo de fluido en el papel y para barreras hidrófobas (que odian el agua) diseñadas para evitar el flujo de fluido. El equipo observó el flujo usando un tinte azul. Los µPAD construidos previamente mediante corte por láser proporcionaron la resolución más alta con un ancho de canal mínimo hidrófilo (amante del agua). Sin embargo, ASP fue más eficiente en comparación con las técnicas anteriores utilizadas para producir µPAD.

Durante el análisis colorimétrico, μPADs con Cu ²⁺ cambió de blanco a amarillo, aumentando de color con el aumento de Cu ²⁺ concentración, que Guan et al. cuantificado utilizando el software Image J. Luego, el equipo determinó la detección basada en la distancia de Cu ²⁺ soluciones a medida que diversas concentraciones de solución fluían a través de los canales μPAD. La longitud de la banda amarilla aumentó con el aumento de Cu ²⁺ soluciones y observaron una constante por encima de 100 mg / L, que determinaron como el límite superior del dispositivo. Guan y col. detectó un mínimo de Cu ²⁺ concentración de 1 mg / mL, de acuerdo con la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), donde el máximo Cu ²⁺ la concentración de contaminación en el agua potable es de 2 y 1,3 mg / L, respectivamente.

Guan y col. mostró el principio de funcionamiento de un dispositivo de extracción sólido-líquido a base de papel (PSED), que incluía una microbomba y el carácter microporoso del papel de filtro para completar la extracción y filtración sólido-líquido. Durante el proceso, almacenaron muestras de suelo en la parte superior del µPAD 3-D y extrajeron el disolvente mezclado con el suelo que fluía desde la tubería de salida de la microbomba. El solvente de extracción solubilizó simultáneamente los iones de metales pesados ​​y los succionó a través del tubo de entrada y los bombeó nuevamente en un ciclo de extracción. Finalmente, extrajeron iones de metales pesados, incluido Cu, zinc (Zn), cadmio (Cd) y plomo (Pb) de las muestras de suelo a través de ciclos continuos de suministro y bombeo de la microbomba.

Las concentraciones de iones de metales pesados ​​obtenidas del procedimiento de extracción de PSED fueron similares a los métodos tradicionales, lo que demuestra la naturaleza eficaz de PSED. El volumen de extracción requirió optimización y Guan et al. usó más de 30 mL del extractante como resultado. El equipo optimizó el tiempo y encontró que 20 minutos eran suficientes para extraer completamente los iones de metales pesados. Cada µPAD 3-D podía contener 2 g de suelo y todo el proceso de extracción tardó 40 minutos en completarse.

En comparación con los modos tradicionales de extracción, la técnica 3-D µPAD omitió los procesos de filtración para una operación más simple y una mayor precisión de extracción. Los µPAD 3-D son portátiles, barato y accesible para protocolos de extracción simples. Los científicos pueden ajustar el tamaño del dispositivo para satisfacer diferentes necesidades, proporcionando flexibilidad para aplicaciones del mundo real. De este modo, Yanfang Guan y Baichuan Sun desarrollaron un nuevo tipo de dispositivo de detección conocido como µPAD que utiliza la impresión de sellos atómicos (ASP). Alcanzaron una alta resolución para formar los canales hidrofílicos y las barreras hidrofóbicas del dispositivo. La técnica ASP es de bajo costo, tiene un tiempo de actividad simple, permitiendo la preparación de muestras cortas para alta resolución y mayor sensibilidad en comparación con los métodos tradicionales.

Los µPAD fabricados por ASP detectaron Cu ²⁺ como prueba de concepto utilizando un método colorimétrico combinado con detección basada en la distancia para lograr Cu ²⁺ a una concentración de 1 mg / mL. El equipo propuso PSED como un nuevo dispositivo de extracción sólido-líquido para extraer iones de metales pesados ​​del suelo. El dispositivo requirió menos muestras experimentales para satisfacer las necesidades de las pruebas en el punto de atención. con pérdida de muestra reducida. El dispositivo mantuvo una alta eficiencia de extracción, bajo costo y sin contaminación para satisfacer las demandas de extracción sólido-líquido. La construcción simple se puede producir con impresión 3D de bajo costo y no se limita a muestras de suelo de prueba. El equipo espera mejorar los usos de este dispositivo para producir productos de prueba de alto rendimiento en el punto de atención.

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