Un equipo de investigadores de la Universidad de Tohoku y el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) ha logrado avances significativos en el campo de los microfluidos, lo que permite una manipulación precisa y eficiente de fluidos en entornos de microescala tridimensionales. Este trabajo abre nuevas posibilidades para aplicaciones bioanalíticas, como la separación de células en el ámbito del diagnóstico médico.

Los detalles de su avance se publicaron en la revista Microsystems &Nanoengineering. el 22 de enero de 2024.

Los dispositivos de microfluidos están diseñados para manejar volúmenes de líquido minúsculos, lo que permite a los investigadores realizar análisis y procesos con notable precisión y eficiencia.

En los últimos años, la tecnología de microfluidos ha avanzado rápidamente en varios campos, incluidos la medicina, la biología y la química. Entre ellos, los dispositivos de microfluidos en espiral tridimensionales se destacan como revolucionarios. Su intrincado diseño en forma de sacacorchos permite un control preciso de los fluidos, una separación eficiente de partículas y una mezcla de reactivos. Sin embargo, su potencial para revolucionar las aplicaciones bioanalíticas se ve obstaculizado por los desafíos actuales en la fabricación. El proceso requiere mucho tiempo y es costoso, y las técnicas de fabricación existentes limitan las opciones de materiales y las configuraciones estructurales.

Para superar estas limitaciones, un equipo interdisciplinario de la Universidad de Tohoku y OIST ha introducido un proceso de dibujo térmico rotacional miniaturizado (mini-rTDP), inspirándose en las técnicas tradicionales japonesas de fabricación de dulces:la fabricación de Kintaro-ame.

Su enfoque innovador implica rotar los materiales durante el estiramiento térmico para crear intrincadas estructuras tridimensionales dentro de las fibras. Este proceso es muy versátil y admite una amplia gama de materiales que pueden deformarse cuando se calientan, lo que abre infinitas posibilidades para combinar diversos materiales.

"El Mini-rTDP facilita la creación rápida de prototipos de sistemas de microfluidos tridimensionales, ideales para la manipulación precisa de biofluidos", afirma Yuanyuan Guo, profesor asociado del Instituto de Investigación Fronteriza de Ciencias Interdisciplinarias (FRIS) de la Universidad de Tohoku.

"El Mini-rTDP implica la creación de una preforma de polímero moldeado que contiene canales, que posteriormente se estiran y calientan para generar canales de microfluidos dentro de una fibra. Estos canales luego se pueden girar aún más para dar forma a configuraciones espirales tridimensionales", explica Shunsuke Kato, investigador junior. en FRIS y el primer autor del artículo.

En colaboración con Amy Shen, líder de la Unidad de Micro/Bio/Nanofluídica de OIST, el equipo interdisciplinario Tohoku-OIST realizó simulaciones y experimentos para visualizar flujos de fluidos dentro de las estructuras en espiral. Daniel Carlson del equipo de Shen dice:"Hemos confirmado la presencia de vórtices Dean, un tipo de flujo rotacional que ocurre en canales curvos, en nuestros dispositivos, afirmando así su potencial para mejorar significativamente la eficiencia de separación de células y partículas".

"La rápida creación de prototipos de microfluidos en espiral tridimensionales utilizando mini-rTDP representa un avance notable en el campo de los microfluidos. Esta tecnología ofrece una versatilidad y precisión incomparables y el potencial de catalizar cambios transformadores en diversas industrias", afirma Shen.

"Además, estamos buscando activamente la integración de canales de microfluidos con funcionalidades como electrodos, biosensores y actuadores directamente en las fibras. Este esfuerzo tiene el potencial de revolucionar las tecnologías bioanalíticas Lab-on-Chip", afirmó Guo.

Esta investigación es un testimonio de los esfuerzos de colaboración del programa OIST SHIKA y los fondos de contrapartida proporcionados por la Universidad de Tohoku, destacando la fuerte asociación y sinergia entre estas dos instituciones.

Más información: Shunsuke Kato et al, Microfluidos de fibra retorcida:un enfoque de vanguardia para dispositivos en espiral 3D, Microsistemas y nanoingeniería (2024). DOI:10.1038/s41378-023-00642-9

Información de la revista: Microsistemas y Nanoingeniería

Proporcionado por la Universidad de Tohoku