Sistema de microfluidos para posibles dispositivos lab-on-a-chip

Sistema de microfluidos para posibles dispositivos lab-on-a-chip


Investigadores del Instituto de Tecnología Láser de la Universidad de Osaka han desarrollado un prototipo de sistema de espectroscopia óptica de terahercios con un área de detección comparable al área transversal de solo cinco cabellos humanos.

Los investigadores desarrollan un sistema de microfluidos para posibles dispositivos lab-on-a-chip.
Representación esquemática y fotografía del chip bioquímico de terahercios (THz) recientemente desarrollado. El chip está hecho de GaAs, un cristal óptico no lineal, y consta de cinco unidades de metamaterial y un solo microcanal en la superficie. Se genera una fuente de luz de THz similar a un punto mediante la irradiación con un láser de femtosegundo desde la parte posterior del cristal, que interactúa con la solución. Crédito: Kazunori Serita.

La cantidad de trazas uniformes de contaminantes disueltos en una gota microscópica de agua puede determinarse monitoreando el cambio en la longitud de onda de transmisión máxima de una fuente de radiación de terahercios. Esta investigación podría dar lugar a sensores portátiles utilizados para controlar la contaminación del agua, desarrollar nuevos medicamentos y detectar enfermedades a tiempo, entre otras cosas.

Un tema de estudio fascinante es la tecnología de laboratorio en un chip. Es muy atractivo tener monitores portátiles que puedan analizar muestras de pacientes junto a la cama del paciente o hacer un seguimiento de la calidad del agua en el exterior.

Sin embargo, puede ser difícil lograr una alta sensibilidad a la concentración de los analitos objetivo de interés, particularmente cuando las muestras consisten en pequeños volúmenes de líquido.

Investigadores de la Universidad de Osaka ahora han utilizado una fuente de radiación de terahercios patentada en un dispositivo de microfluidos con una estructura de metamaterial para cuantificar el alcance de la contaminación en el agua.

Con este sistema de laboratorio en un chip, pudimos detectar pequeños cambios en la concentración de pequeñas cantidades de etanol, glucosa o minerales en el agua midiendo el cambio en las frecuencias resonantes.

Kazunori Serita, primer autor del estudio, Universidad de Osaka

El «I-Design» consta de dos tiras de metal, una de las cuales tiene un espacio de unas pocas micras. Se organiza regularmente en una serie de cinco unidades, creando una especie de «metaátomo» cuya máxima transmitancia óptica cambia según la cantidad de contaminación molecular disuelta.

Este dispositivo utiliza tecnología de fuente de terahercios puntuales desarrollada previamente por la Universidad de Osaka. Los puntos de irradiación de un haz de láser de femtosegundo pulsado, que provoca un modo de campo eléctrico altamente confinado en las regiones de separación, produce una pequeña fuente de luz de terahercios.

Cuando la solución de muestra se vierte en un microcanal integrado en el espacio entre las tiras de metal, la frecuencia de resonancia cambia.

Logramos detectar solo 472 átomos de soluto en soluciones con volúmenes inferiores a 100 picolitros, lo que es un orden de magnitud mejor que los chips de microfluidos existentes.

Masayoshi Tonouchi, autor principal del estudio, Universidad de Osaka

Este estudio tiene el potencial de mejorar significativamente la detección portátil en términos de sensibilidad y la cantidad de líquido necesaria.

Referencia de la revista:

Serita, K. y otros. (2022) Chip microfluídico de terahercios I-Design para detección de nivel atómico. Revista de Física: Fotónica. doi:10.1088/2515-7647/ac691d

Fuente: https://www.osaka-u.ac.jp/en

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