Sebbene i dispositivi di microfluidica abbiano un'ampia varietà di usi, dalla diagnostica point-of-care all'analisi ambientale, una delle principali limitazioni è che non possono essere modificati al volo per usi diversi, poiché i loro percorsi di flusso sono impostati durante la fabbricazione. In un nuovo studio, i ricercatori hanno affrontato questa limitazione progettando elettrogate in grado di regolare il flusso di liquido in diversi punti lungo il microcanale, un processo che può essere interamente controllato con uno smartphone.

I ricercatori, Y. Arango, Y. Temiz, O. Gӧkçe, e E. Delamarche, presso IBM Research-Zurigo a Rüschlikon, Svizzera, hanno pubblicato un articolo sugli elettrogatti in un recente numero di Lettere di fisica applicata .

"La diagnostica point-of-care rappresenta un mercato molto segmentato, "Delamarche ha detto Phys.org . "Per ogni tipo di prova, un dispositivo microfluidico deve essere progettato e fabbricato per garantire prestazioni ottimali del test (volume di campione che passa attraverso il dispositivo, portate, tempo concesso perché le reazioni abbiano luogo, tempo concesso per sciogliere alcuni reagenti nel chip con il campione, eccetera.). Questo è un po' frustrante, e con la microtecnologia al silicio, è sempre vantaggioso coprire quante più applicazioni possibili senza troppe riprogettazioni e cambiamenti nei processi di produzione.

"È qui che aiutano gli elettrogati, ed è questo che ci ha motivato ad inventarli. L'idea è di rendere i chip molto più generici e trasferire parte dell'instradamento e della tempistica del flusso a un livello software, cioè., un protocollo caricato su uno smartphone o un tablet. Modificare i protocolli a livello software è facile, veloce, flessibile e conveniente."

Anziché utilizzare elementi meccanici come pompe e valvole per controllare il flusso, gli elettrogatti sono basati sull'elettrobagnatura. Questo processo comporta l'applicazione di una tensione elettrica per controllare le proprietà bagnanti della superficie, che a sua volta controlla il flusso del liquido.

Ogni elettrogate è costituito da una trincea incisa nella superficie inferiore del microcanale, con un elettrodo modellato sopra la trincea e un secondo elettrodo modellato a breve distanza davanti alla trincea. Quando un campione liquido scorre lungo il microcanale in assenza di tensione, si ferma in trincea perché il brusco cambiamento nell'angolo di contatto crea una forza di bloccaggio sul liquido. Una piccola tensione ( <10 volt) applicato tra i due elettrodi attira gli ioni dal liquido fino al bordo della trincea dove è bloccato il liquido, che rende questa zona più bagnabile. Come conseguenza, l'angolo di contatto del liquido in quest'area diminuisce, facendo riprendere il flusso del liquido attraverso la trincea e attraverso il microcanale.

I ricercatori hanno dimostrato che la curvatura della trincea determina l'affidabilità e il tempo di ritenzione degli elettrogate. Con una grande curvatura, potrebbero raggiungere il 100% di affidabilità, tempi di avvio e di arresto inferiori al secondo, e tempi di ritenzione superiori a 5 minuti, che può essere esteso a oltre 45 minuti con strategie aggiuntive. Gli elettrogate funzionano anche con vari tipi di liquidi, compreso il siero umano.

Tra i suoi vantaggi, gli elettrogatti sono facili da fabbricare, avere stabilità a lungo termine, sono biocompatibili, e può essere implementato in più posizioni sullo stesso chip. I ricercatori si aspettano che gli elettrogate possano essere facilmente implementati in dispositivi a bassa potenza, dispositivi microfluidici portatili in futuro.

"Siamo sostenuti da una sovvenzione dell'UE, e abbiamo ancora un po' di tempo per "spingere" ulteriormente gli elettrogatti, " Delamarche ha detto. "Un compito (quasi completo) è quello di variare le opzioni per la fabbricazione di elettrogate in modo che i tecnologi abbiano più libertà per progettarli e fabbricarli. Questo può aiutare a diffondere il concetto, pensiamo. Quindi, mostreremo esempi specifici in cui la combinazione di alcuni elettrogate può creare funzioni più avanzate per i sistemi microfluidici".

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