Los científicos diseñan controles incorporados para laboratorios mini químicos en un chip

20.11.2019

Desde los años 90, los científicos han estado explorando las posibilidades de los "laboratorios" químicos miniaturizados en un chip, que tienen potencial como diagnósticos en el punto de atención, kits de análisis para la investigación de campo y algún día incluso la realización de pruebas químicas en otros planetas.

En un laboratorio normal, los químicos usan vasos de precipitados para mezclar productos químicos y estudiar las reacciones. En un laboratorio miniaturizado, los sistemas microfluídicos pueden realizar experimentos químicos en un chip a través de una serie de pequeños tubos conectados del tamaño de un cabello.

Esta tecnología se utiliza actualmente, sobre todo en el campo médico, que crea órganos en un chip para la investigación. Sin embargo, el potencial de la tecnología no se ha alcanzado completamente porque las reacciones químicas son controladas por grandes equipos que a menudo son externos al chip.

En un estudio reciente publicado en Nature, investigadores de la Universidad de Saint Louis junto con colegas de la Universidad de Northwestern y de la Universidad de Normandie compartieron su descubrimiento de una manera de programar controles incorporados en una red microfluídica.

"Nos inspiramos en la electrónica, en la que los controles de un chip son autónomos", dijo el Dr. Istvan Kiss, profesor de química de la Universidad de Saint Louis. "Cuando comenzamos la investigación en este campo, dijimos:'¿Por qué no construimos pequeños reactores, de tamaño submilimétrico? Utilizamos sólo un pequeño número de reactores, por lo que dirigir el flujo fue fácil con tubos simples y diminutos. Pero ahora, para avanzar en la tecnología, necesitamos que el chip sea un poco más complicado, con muchos reactores y tubos entre ellos, para que funcione más como un circuito".

Para resolver este problema, los investigadores combinaron la teoría de la red y la mecánica de los fluidos y crearon controles que funcionaban completamente en el chip.

Junto con Yifan Liu, Ph.D., asistente de investigación graduada en SLU y otros colegas, Kiss diseñó una red con una relación no lineal entre la presión aplicada y el caudal, que puede utilizarse para cambiar la dirección del flujo de líquido simplemente cambiando la presión de entrada y salida.

Tomando como referencia una teoría contraintuitiva sobre los patrones de tráfico, los científicos encontraron que los atajos no siempre son la manera más rápida de ir del punto A al punto B. Un fenómeno conocido como la paradoja de Braess ha demostrado - en los patrones de tráfico, la electrónica, los resortes - que a veces tener más caminos para viajar en realidad ralentiza el tráfico en lugar de acelerarlo.

"Hemos construido una red que muestra esa paradoja", dijo Kiss. "Cuando estudiamos cómo las moléculas de agua rodean los obstáculos, creamos una'válvula'". Las moléculas de agua se desvían de su camino. Con caudales bajos, se dirigen hacia los obstáculos, mientras que con caudales altos, van en sentido contrario".

"Cuando cerramos un canal de acceso directo, el resultado es un caudal total más alto, en lugar de más bajo. Estamos interesados en cómo estos cambios en los caudales y las direcciones cambiarán las reacciones químicas en los reactores".

Esta tecnología podría utilizarse para crear sistemas de pruebas de laboratorio portátiles, así como para diseñar nuevas aplicaciones, tales como ropa de control de la salud o sistemas espaciales desplegables.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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