los ingenieros del MIT acaban de introducir un elemento divertido en la microfluídica.
El campo de la microfluídica involucra dispositivos diminutos que manipulan con precisión fluidos a escalas submilimétricas. Tales dispositivos típicamente toman la forma de chips planos y bidimensionales, grabados con pequeños canales y puertos que están dispuestos para realizar diversas operaciones, como mezclar, clasificar, bombear y almacenar fluidos a medida que fluyen.
Ahora el equipo del MIT, mirando más allá de tales diseños de laboratorio en un chip, ha encontrado una plataforma de microfluídica alternativa en "bloques entrelazados, moldeados por inyección" o, como la mayoría de nosotros los conocemos, ladrillos LEGO.
"Los LEGO son ejemplos fascinantes de precisión y modularidad en los objetos manufacturados cotidianos", dice Anastasios John Hart, profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT.
De hecho, los ladrillos LEGO se fabrican de manera tan consistente que no importa en qué parte del mundo se encuentren, se garantiza que dos ladrillos se alinearán y encajarán de forma segura en su lugar. Dado este alto grado de precisión y consistencia, los investigadores del MIT eligieron los ladrillos LEGOcomo base para un nuevo diseño modular de microfluidos.
en un artículo publicado en la revista Laboratorio en un chip , el equipo describe micromilling pequeños canales en LEGO y colocando la salida de cada "ladrillo fluido" para alinear con precisión con la entrada de otro ladrillo. Luego, los investigadores sellaron las paredes de cada ladrillo modificado con un adhesivo, permitiendo dispositivos modulares paraser fácilmente ensamblado y reconfigurado
Cada ladrillo puede diseñarse con un patrón particular de canales para realizar una tarea específica. Hasta ahora, los investigadores han diseñado ladrillos como resistencias y mezcladores de fluidos, así como generadores de gotas. Sus ladrillos fluídicos se pueden juntar o desmontar paraforman dispositivos microfluídicos modulares que realizan diversas operaciones biológicas, como clasificar células, mezclar fluidos y filtrar moléculas de interés.
"Entonces podría construir un sistema microfluídico similar a cómo construiría un castillo LEGO - ladrillo por ladrillo", dice el autor principal Crystal Owens, un estudiante graduado en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT. "Esperamos en el futuro, otrospodría usar ladrillos LEGO para hacer un kit de herramientas microfluídicas "
Mecánica modular
Hart, quien también es director del Laboratorio de Manufactura y Productividad del MIT y del Grupo de Mecanosíntesis, enfoca principalmente su investigación en nuevos procesos de fabricación, con aplicaciones que van desde nanomateriales hasta impresión 3D a gran escala.
"Con los años, he tenido una exposición periférica al campo de la microfluídica y el hecho de que la creación de prototipos de dispositivos microfluídicos es a menudo un proceso difícil, que consume mucho tiempo y requiere muchos recursos", dice Hart.
Owens, que trabajó en un laboratorio de microfluídica como estudiante, había visto de primera mano los esfuerzos minuciosos que se dedicaron a la ingeniería de un laboratorio en un chip. Después de unirse al grupo de Hart, estaba ansiosa por encontrar una manera de simplificar el proceso de diseño.
La mayoría de los dispositivos microfluídicos contienen todos los canales y puertos necesarios para realizar múltiples operaciones en un solo chip. Owens y Hart buscaron formas de, en esencia, explotar esta plataforma de un chip y hacer que la microfluídica sea modular, asignando una sola operación a un solo móduloo unidad. Un investigador podría mezclar y combinar módulos microfluídicos para realizar diversas combinaciones y secuencias de operaciones.
Al buscar formas de realizar físicamente su diseño modular, Owens y Hart encontraron la plantilla perfecta en los ladrillos LEGO, que son casi tan largos como un chip microfluídico típico.
"Debido a que los LEGO son tan económicos, ampliamente accesibles y consistentes en su tamaño y repetibilidad de montaje, desmontaje y montaje, preguntamos si los ladrillos LEGO podrían ser una forma de crear un conjunto de herramientas de ladrillos microfluídicos o fluidos", dice Hart.
Construyendo a partir de una idea
Para responder a esta pregunta, el equipo compró un conjunto de ladrillos estándar LEGO estándar y probó varias formas de introducir canales microfluídicos en cada ladrillo. El método más exitoso resultó ser el micromilling, una técnica bien establecida comúnmentese utiliza para perforar características submilimétricas extremadamente finas en metales y otros materiales.
Owens usó un micromilling de escritorio para fresar primero un canal simple de 500 micrones de ancho en la pared lateral de un ladrillo LEGO estándar. Luego pegó una película transparente sobre la pared para sellarlo y bombeó fluido a través del canal recién molido del ladrilloObservó que el fluido fluyó exitosamente a través del canal, demostrando que el ladrillo funcionaba como una resistencia de flujo, un dispositivo que permite que fluyan cantidades muy pequeñas de fluido.
Utilizando esta misma técnica, ella fabricó un mezclador de fluidos fresando un canal horizontal en forma de Y y enviando un fluido diferente a través de cada brazo de la Y. Cuando los dos brazos se unieron, los fluidos se mezclaron con éxito. Owens también convirtió un LEGOladrillo en un generador de gotas al fresar un patrón en forma de T en su pared. Mientras bombeaba fluido a través de un extremo de la T, descubrió que parte del líquido cayó por el medio, formando una gota al salir del ladrillo.
Para demostrar la modularidad, Owens construyó un prototipo en una placa base LEGO estándar que consta de varios ladrillos, cada uno diseñado para realizar una operación diferente a medida que se bombea fluido. Además de hacer el mezclador de fluidos y el generador de gotas, también equipó un ladrillo LEGOcon un sensor de luz, posicionando con precisión el sensor para medir la luz a medida que el fluido pasa a través de un canal en la misma ubicación.
Owens dice que la parte más difícil del proyecto fue descubrir cómo conectar los ladrillos entre sí, sin fugas de líquido. Si bien los ladrillos LEGO están diseñados para encajar de manera segura en su lugar, sin embargo, hay una pequeña brecha entre los ladrillos, que mide entre 100 y 500micrones. Para sellar esta brecha, Owens fabricó una pequeña junta tórica alrededor de cada entrada y salida en un ladrillo.
"La junta tórica encaja en un pequeño círculo fresado en la superficie del ladrillo. Está diseñada para sobresalir una cierta cantidad, por lo que cuando se coloca otro ladrillo a su lado, se comprime y crea un sello de fluido confiable entre los ladrillos. Esto funcionasimplemente colocando un ladrillo al lado de otro ", dice Owens." Mi objetivo era hacerlo fácil de usar ".
"Una manera fácil de construir"
Los investigadores notan solo un par de inconvenientes en su método. Por el momento, son capaces de fabricar canales que tienen decenas de micras de ancho. Sin embargo, algunas operaciones de microfluidos requieren canales mucho más pequeños, que no se pueden hacer utilizando técnicas de micromilling. Además,Como los ladrillos LEGO están hechos de termoplásticos, es probable que no puedan soportar la exposición a ciertos productos químicos que a veces se usan en los sistemas de microfluidos.
"Hemos estado experimentando con diferentes recubrimientos que podríamos poner en la superficie para hacer ladrillos LEGO, ya que son compatibles con diferentes fluidos", dice Owens. "Los ladrillos tipo LEGO también podrían estar hechos de otros materiales, comocomo polímeros con estabilidad a altas temperaturas y resistencia química "
Por ahora, un dispositivo microfluídico basado en LEGO podría usarse para manipular fluidos biológicos y realizar tareas como clasificar células, filtrar fluidos y encapsular moléculas en gotitas individuales. El equipo está diseñando un sitio web que contendrá información sobre cómo otrospueden diseñar sus propios ladrillos fluídicos utilizando piezas estándar de LEGO.
"Nuestro método proporciona una plataforma accesible para la creación de prototipos de dispositivos microfluídicos", dice Hart. "Si el tipo de dispositivo que desea fabricar y los materiales con los que trabaja son adecuados para este tipo de diseño modular, esta es una manera fácilpara construir un dispositivo microfluídico para la investigación de laboratorio "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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