Joe La Fiandra
Università del Maryland College Park (UMCP)
Principale: Bioingegneria
Minore: Leadership ingegneristica globale
Generatori di gradiente di concentrazione microfluidica
Molti processi biochimici negli organismi biologici sono controllati da gradienti di concentrazione. Dalla migrazione cellulare alla proliferazione dei farmaci, i gradienti di concentrazione sono parte integrante del trasporto di una vasta gamma di sostanze in tutto il corpo. Fino a poco tempo fa, le piattaforme di generazione del gradiente di concentrazione (CGG) erano semplicemente troppo grandi per controllare la diffusione molecolare dei reagenti, con conseguente mescolanza prematura di fluidi (fonte). A causa delle loro dimensioni proibitive, i precedenti CGG impedivano la replicazione identica dei volumi e delle portate riscontrate in vivo, contaminando così i dati sperimentali rilevanti per i gradienti biochimici microscopici. Pertanto, modellare i gradienti su scala microscopica è estremamente prezioso per comprendere queste interazioni complesse e la meccanica che le consente.
Con tecnologie innovative di prototipazione rapida, Potomac Photonics ha sviluppato un processo per la produzione di generatori di gradiente di concentrazione microfluidici ( µ -CGG). Costruito su un substrato di polidimetilsilossano (PDMS) legato al vetro, questo dispositivo fornisce un metodo a basso costo e facilmente eseguibile per indagare i meccanismi guidati dal gradiente. Questa piattaforma sfrutta il flusso laminare, un fenomeno fluidodinamico e le geometrie fluidodinamiche necessarie per controllare il movimento dei reagenti. Nel µ -CGG, le caratteristiche serpentine consentono una diffusione controllata dei reagenti, formando miscele di concentrazioni variabili in tutto il dispositivo. Progettato con una rete a forma di albero, il µ -CGG replica l'esperimento 39 volte a concentrazioni variabili, tutte sullo stesso chip per creare il gradiente visibile nell'immagine. Utilizzando portate e volumi su un ordine di grandezza micro, i µ -CGG imitano un ambiente quasi identico a quello di un gradiente di concentrazione biochimico naturalmente presente negli organismi biologici.
Sebbene questo design µ -CGG utilizzi solo 39 nodi nella sua rete di flusso, la versatilità, il potenziale di progettazione e il basso costo della fabbricazione di dispositivi microfluidici consentono una pletora di regolazioni per complicare o semplificare un µ -CGG. Le dimensioni di un dispositivo microfluidico sono sufficienti per consentire ai µ -CGG multistrato di contenere più gradienti che fluiscono l'uno nell'altro o diversi livelli di flusso che danno luogo a decine di combinazioni di diversi reagenti. La facilità di produzione dei µ -CGG è particolarmente preziosa. Realizzati principalmente con elastomeri e termoplastici, i µ -CGG possono essere prodotti in substrati con proprietà specifiche del materiale che consentono reazioni chimiche complesse a costi relativamente bassi. Sfruttando tutti questi attributi, gli ingegneri possono progettare i µ -CGG in base alle loro specifiche uniche su un singolo chip, riducendo i tempi, i materiali e il personale necessari per l'impostazione sperimentale e aumentando il volume di dati accurati su un dispositivo conciso.
