Transporte de Gotas Impulsado por Ondas Acústicas para Dispositivos Lab-on-a-Chip Reescribibles

Ingenieros han demostrado un lab-on-a-chip microfluídico versátil que usa ondas sonoras para crear túneles en aceite para manipular y transportar gotas sin contacto. La tecnología podría formar la base de un chip biomédico programable, reescribible y a pequeña escala que es completamente reutilizable para permitir diagnósticos in situ o investigación de laboratorio. El sistema logra enrutamiento, clasificación y compuertas reescribibles de gotas con control externo mínimo, que son funciones esenciales para el control de lógica digital de gotas.

El manejo automatizado de fluidos ha impulsado el desarrollo de muchos campos científicos, como diagnósticos clínicos y cribado de compuestos a gran escala. Aunque ubicuos en la investigación biomédica moderna e industrias farmacéuticas, estos sistemas son voluminosos, costosos y no manejan bien pequeños volúmenes de líquidos.

Los sistemas lab-on-a-chip han podido llenar este espacio en cierta medida, pero la mayoría se ven obstaculizados por un gran inconveniente: absorción de superficie. Como estos dispositivos dependen de superficies sólidas, las muestras transportadas inevitablemente dejan rastros de sí mismas que pueden llevar a contaminación. La nueva plataforma lab-on-a-chip usa una capa delgada de aceite inerte e inmiscible para evitar que las gotas dejen atrás cualquier rastro de sí mismas. Justo debajo del aceite, una red de transductores piezoeléctricos vibra cuando pasa electricidad a través de ellos. Al igual que la superficie de un subwoofer, estas vibraciones crean ondas sonoras en la delgada capa de aceite sobre ellos.

Estas ondas sonoras forman patrones complejos cuando rebotan en la parte superior e inferior del chip, así como cuando chocan entre sí. Al planificar meticulosamente el diseño de los transductores y controlar la frecuencia y fuerza de las vibraciones que causan las ondas, los investigadores pueden crear vórtices que, al combinarse, forman túneles que pueden empujar y jalar gotas en cualquier dirección a lo largo de la superficie del dispositivo.

El nuevo sistema usa transductores de modo dual que pueden transportar gotas a lo largo de un eje x o y, basándose en dos patrones de streaming diferentes. Al usar transductores de modo dual, los investigadores pudieron mover gotas a lo largo de dos ejes mientras reducían simultáneamente la complejidad de la electrónica cuatro veces. También pudieron reducir el voltaje de operación de los transductores de tres a siete veces menor que un sistema anterior, lo que permitió controlar simultáneamente ocho gotas. Y al introducir un microcontrolador en la configuración, los investigadores pudieron programar y automatizar gran parte del movimiento de gotas.

La capacidad de controlar gotas de manera similar a los sistemas lógicos encontrados en un chip de computadora es esencial para una amplia variedad de procedimientos clínicos y de investigación. El siguiente paso es combinar la fuente de alimentación de radiofrecuencia miniaturizada y la placa de control para integración a gran escala y planificación dinámica.