Gotas de transporte de ondas de sonido para dispositivos de laboratorio en un chip regrabables

Los ingenieros han demostrado un versátil laboratorio de microfluidos en un chip que utiliza ondas de sonido para crear túneles en el aceite para manipular y transportar gotas sin contacto. La tecnología podría formar la base de un chip biomédico reescribible, programable y a pequeña escala que sea completamente reutilizable para permitir el diagnóstico in situ o la investigación de laboratorio. El sistema logra el enrutamiento, la clasificación y la compuerta reescribibles de las gotas con un control externo mínimo, que son funciones esenciales para el control lógico digital de las gotas.

El manejo automatizado de fluidos ha impulsado el desarrollo de muchos campos científicos, como el diagnóstico clínico y la detección de compuestos a gran escala. Si bien son omnipresentes en las industrias farmacéuticas y de investigación biomédica modernas, estos sistemas son voluminosos, costosos y no manejan bien pequeños volúmenes de líquidos.

Los sistemas de laboratorio en un chip han podido llenar este espacio hasta cierto punto, pero la mayoría se ven obstaculizados por un gran inconveniente:la absorción superficial. Debido a que estos dispositivos se basan en superficies sólidas, las muestras que se transportan inevitablemente dejan rastros que pueden conducir a la contaminación. La nueva plataforma lab-on-a-chip utiliza una capa delgada de aceite inerte e inmiscible para evitar que las gotas dejen rastro de sí mismas. Justo debajo del aceite, una rejilla de transductores piezoeléctricos vibra cuando la electricidad pasa a través de ellos. Al igual que la superficie de un subwoofer, estas vibraciones crean ondas sonoras en la fina capa de aceite que se encuentra sobre ellas.

Estas ondas de sonido 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 la fuerza de las vibraciones que causan las ondas, los investigadores pueden crear vórtices que, cuando se combinan, forman túneles que pueden empujar y jalar gotas en cualquier dirección a lo largo de la superficie del dispositivo. .

El nuevo sistema utiliza transductores de modo dual que pueden transportar gotas a lo largo de un eje x o y, en función de dos patrones de transmisión diferentes. Mediante el uso de transductores de modo dual, los investigadores pudieron mover gotas a lo largo de dos ejes y al mismo tiempo reducir cuatro veces la complejidad de la electrónica. También pudieron reducir el voltaje operativo de los transductores de tres a siete veces más bajo que un sistema anterior, lo que le permitió controlar simultáneamente ocho gotas. Y al introducir un microcontrolador en la configuración, los investigadores pudieron programar y automatizar gran parte del movimiento de las gotas.

La capacidad de controlar las gotas de manera similar a los sistemas lógicos que se encuentran 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 el tablero de control para una integración a gran escala y una planificación dinámica.