Le dimensioni contano quando si tratta di smistare materiali biologici. Dall'identificazione dei patogeni allo screening per i trattamenti farmacologici, la capacità di identificare e separare rapidamente le particelle in base alle loro dimensioni è uno strumento sempre più importante nella diagnosi e nel trattamento dei pazienti, secondo Huanyu "Larry" Cheng, Dorothy Quiggle Professore per lo sviluppo della carriera presso il Dipartimento di Ingegneria e Meccanica della Penn State. Cheng e i suoi collaboratori internazionali presso la Xiangtan University in Cina hanno sviluppato un sistema a basso costo, modo efficiente per fabbricare un dispositivo di smistamento flessibile da utilizzare nei sensori biomedici.

Hanno pubblicato il loro approccio questa settimana in Materiali e interfacce applicati ACS , una rivista dell'American Chemical Society.

I dispositivi microfluidici tradizionali sono prodotti con misurazioni precise per ordinare particelle di dimensioni specifiche, come identificare gli agenti patogeni alla base di un'infezione nel sangue di un paziente. I dispositivi sono costruiti in camere bianche con attrezzature altamente specializzate per raggiungere il necessario grado di precisione.

"I dispositivi microfluidici sono molto importanti, ma dobbiamo fare un lavoro migliore fabbricandoli, " Cheng ha detto. "I metodi attuali possono richiedere giorni, se non settimane, e spesso sono costosi."

Per ridurre i costi e i tempi di produzione dei dispositivi, i ricercatori hanno preso ispirazione da ciò che vogliono monitorare:il bendy, elastico, a volte corpo umano rugoso.

Hanno usato un polimero contenente carbonio e silicio chiamato PDMS, che diventa rigido se trattato con luce ultravioletta. Una volta che la superficie superiore del polimero era rigida, l'hanno allungato, creando minuscole crepe nello strato rigido. I ricercatori lo hanno quindi incapsulato con un altro strato di copertura dello stesso polimero.

Prossimo, hanno ripetuto il processo ma hanno allungato il polimero prima di trattarlo con luce UV. Una volta rilasciato il polimero allungato con una superficie rigida, si è stropicciato, con piccole rughe che rivestono la sua faccia.

Quando i dispositivi vengono allungati e rilasciati, le crepe e le rughe funzionano come valvole, permettendo alle piccole particelle di fluire mentre trattiene gli oggetti più grandi.

"Possiamo usare le crepe o le rughe per manipolare il flusso del fluido, " Disse Cheng. "Queste deformazioni meccaniche non sono nuove, ma non sono stati esplorati per l'uso in dispositivi microfluidici. Abbiamo concluso con un bel matrimonio tra le due strutture, che può essere fabbricato in modo semplice e a basso costo."

Cheng si concentra sullo sviluppo flessibile, sensori estensibili in grado di monitorare in modalità wireless la salute di una persona attraverso i suoi movimenti fisici e segnali chimici nel sudore, pelle e altro. L'obiettivo. il gol, Egli ha detto, è quello di migliorare il comfort e la qualità della vita del paziente, ottenendo più informazioni possibili per aiutare a informare la diagnosi e il trattamento.

"Vogliamo sviluppare uno standalone, sistema estensibile che consente una lunga durata, uso continuo di dispositivi di rilevamento wireless per migliorare sia le capacità che il comfort del monitoraggio sanitario per i pazienti, " Cheng ha detto. "La capacità di produrre un basso costo, un approccio su larga scala per consentire ulteriori test è un componente fondamentale di un tale sistema".

I ricercatori intendono continuare a collaborare, Cheng ha detto, e esplorerà come produrre e utilizzare il dispositivo microfluidico in modo ancora più efficiente.