Joe La Fiandra
Universidad de Maryland College Park (UMCP)
Especialidad: Bioingeniería
Especialidad menor: Liderazgo en ingeniería global
Generadores de gradiente de concentración microfluídico
Muchos procesos bioquímicos en los organismos biológicos están controlados por gradientes de concentración. Desde la migración celular hasta la proliferación de fármacos, los gradientes de concentración son fundamentales para el transporte de una amplia gama de sustancias por todo el cuerpo. Hasta hace poco, las plataformas de generación de gradientes de concentración (CGG) eran simplemente demasiado grandes para controlar la difusión molecular de reactivos, lo que daba como resultado una mezcla prematura de fluidos (fuente). Debido a su tamaño prohibitivo, los CGG anteriores impidieron la replicación idéntica de volúmenes y caudales encontrados. en vivo, Esto contamina los datos experimentales relevantes para los gradientes bioquímicos microscópicos. Por lo tanto, el modelado de gradientes a escala microscópica es extremadamente valioso para comprender estas interacciones complejas y la mecánica que las posibilita.
Con innovadoras tecnologías de prototipado rápido, Potomac Photonics ha desarrollado un proceso para fabricar generadores de gradiente de concentración microfluídico ( µ -CGG). Construido sobre un sustrato de polidimetilsiloxano (PDMS) adherido a vidrio, este dispositivo proporciona un método de bajo costo y fácil de ejecutar para investigar mecanismos impulsados por gradientes. Esta plataforma aprovecha el flujo laminar, un fenómeno de dinámica de fluidos, y las geometrías de dinámica de fluidos necesarias para controlar el movimiento de reactivos. En el µ -CGG, las características serpentinas permiten la difusión controlada de los reactivos, formando mezclas de concentraciones variables en todo el dispositivo. Diseñado con una red en forma de árbol, el µ -CGG replica el experimento 39 veces a concentraciones variables, todas en el mismo chip para crear el gradiente que se ve en la imagen. Usando velocidades de flujo y volúmenes en un microorden de magnitud, los µ -CGG imitan un entorno casi idéntico al de un gradiente de concentración bioquímica que se encuentra naturalmente en los organismos biológicos.
Si bien este diseño de µ -CGG utiliza solo 39 nodos en su red de flujo, la versatilidad, el potencial de diseño y el bajo costo de fabricación de dispositivos microfluídicos permiten una gran cantidad de ajustes para complicar o simplificar un µ -CGG. El gran tamaño de un dispositivo microfluídico es suficiente para permitir que los µ -CGG multicapa contengan múltiples gradientes que fluyen entre sí, o diferentes niveles de flujo que dan como resultado docenas de combinaciones de varios reactivos. La facilidad de fabricación de los µ -CGG es particularmente valiosa. Los µ -CGG , que están hechos principalmente de elastómeros y termoplásticos, se pueden fabricar en sustratos con propiedades materiales específicas que permiten que se produzcan reacciones químicas complejas a un costo relativamente bajo. Aprovechando todos estos atributos, los ingenieros pueden diseñar µ -CGG según sus especificaciones únicas en un solo chip, lo que reduce el tiempo, los materiales y el personal necesarios para la configuración experimental y aumenta el volumen de datos precisos en un dispositivo conciso.
