La microfluídica es una ciencia multidisciplinaria que estudia el comportamiento, interacción y manipulación de fluidos circulado a lo largo de canales tan pequeños como del tamaño de nuestras arterias, así como también las nuevas tendencias en innovación tecnológicas respecto a la fabricación de estos dispositivos a escala miniatura. Para darnos una idea de su tamaño, uno de estos canales puede medir en diámetro desde 100 micrómetros (0.000100 metros) hasta varios milímetros, dimensiones muy pequeñas por donde los fluidos a estudiar deberán ser confinados, manipulados y caracterizados para diferentes propósitos.

En el laboratorio de Biofotoacústica de la División de Ciencias e Ingenierías de la Universidad de Guanajuato, nos dedicamos a desarrollar este tipo de dispositivos con dos propósitos principales: la generación de 1) micro contenedores de sustancias biológicos y 2) micro láseres en movimiento. 

La fabricación de los dispositivos consiste en, primero generar las máscaras maestras (moldes) con los patrones o circuitería por donde el fluido circulará. Este tipo de máscaras las producimos por dos técnicas: impresión láser directa y/o por sistema fotolitográficos basados en exposición de luz UV. Ambos equipos nos permiten imprimir patrones a escalas muy pequeñas con las dimensiones que se mencionan arriba. Segundo, una vez que tenemos estos patrones, hay que utilizarlos como nuestros moldes sobre los cuales vertemos un compuesto gelatinoso (polímero comercial-PDMS) que, ayudado de un agente curador, solidificará sobre el molde, logrando de esta manera contener la circuitería por donde los fluidos circularan. Por último, despegamos el PDMS y lo pegamos sobre un vidrio convencional de portaobjetos, y tenemos nuestro chip microfluídico listo.

Tanto los chips micro contenedores como los chips para generar micro láseres son desarrollados con el procedimiento descrito. Recientemente, hemos aplicado este tipo de tecnología para contener en volúmenes muy pequeños (por ejemplo, 100 nanolitros= 0.000000100 Litros) tanto sangre como compuestos no biológicos para el desarrollo de sistemas tipo “Laboratorios en un Chip” (LOC-por sus siglas en inglés). Nuestra investigación, en una primera etapa, busca innovar respecto al desarrollo de estas plataformas utilizando y acoplando nuevos sensores que permitan la detección e identificación de los componentes que están contenidos en el micro contenedor. Hemos explorado desde sistemas de visión y procesamiento de imágenes desarrollados por nosotros, como sensores acústicos milimétricos adjuntos a nuestros chips. La diversidad en las plataformas de detección incorporadas a los chips microfluídicos nos permite potenciar las rutas de reconocimiento, por ejemplo, de diferentes compuestos biológicos, mejorar los límites de detección respecto a tecnologías convencionales como aquellas usadas en pruebas de laboratorios clínicos sofisticados. Recientemente, hemos dado un primer paso importante respecto a consolidación de este tipo de investigaciones, nuestro grupo ha publicado en la revista Journal of Micromechanics and Microengineering de IOPscience la fabricación de un sistema microfluídico para la generación de micro contenedores y su presentación como una plataforma tipo LOC a partir del uso de técnicas de video microscopía: Microfluidic system manufacturing by direct laser writing for the generation and characterization of microdroplets. En este trabajo se sentaron las bases respecto al potencial de nuestro grupo para diseñar, fabricar y poner en marcha este tipo de plataformas LOC con tecnología desarrollada cien por ciento en nuestra universidad. Esto derivo en una serie de nuevos trabajos de colaboración internacional, en donde, estos chips microfluídicos pueden ser aplicados como contenedores de sustancias biológicas como sangre, para caracterizar inicialmente su contenido a través de plataformas de detección novedosas como sensores acústicos acoplados al chip. Trabajo que se lleva a cabo en colaboración cercana con la Universidad de Missouri.  Mas reciente, es el proyecto con la Universidad de Chapman-CA en donde, se busca aplicar este tipo de plataformas para la detección de procesos de metilación a partir del seguimiento óptico basado en el fenómeno de fluorescencia. Ambos proyectos han sido puestos en marcha por estudiantes de nuestra Universidad adscritos al programa de posgrado en física.

Finalmente, en nuestro grupo hemos potenciado y explorado la aplicación de estos chips en aplicaciones fotónicas, utilizando a los micro contenedores, circulando por un sistema microfluídico, como cavidades ópticas que contienen material fluorescente que al ser ópticamente excitado resulta en emisiones láser con escala micrométrica.

Este tipo de tecnologías se desarrolla en nuestra Universidad, en la División de Ciencias e Ingenierías y los proyectos cuentan con alumnos de gran calidad académica trabajando en nuestros laboratorios y con grupos de colegas nacionales e internacionales que le dan respaldo al potencial tecnológico a estas innovaciones guanajuatense.

 

Fecha de publicación: 17 de noviembre de 2023.