ANN ARBOR, Michigan.— La música, en lugar de válvulas electromecánicas, puede conducir a las muestras a través de un laboratorio en microprocesador de un nuevo sistema desarrollado en la Universidad de Michigan. Este avance podría simplificar significativamente la realización de experimentos en artefactos microfluídicos.

Un artículo sobre esta investigación se publica en la revista de internet Proceedings of the Nacional Academy of Sciences en la semana del 20 de julio.

Un laboratorio en microprocesador, que es un artefacto microfluídico, integra múltiples funciones de laboratorio en un microprocesador que mide pocos milímetros o centímetros. Los artefactos permiten que los investigadores experimenten en muestras muy pequeñas y que también, simultáneamente, lleven a cabo experimentos múltiples sobre el mismo material. Existe la expectativa de que estos artefactos puedan llevar a pruebas hogareñas instantáneas para detectar enfermedades, contaminantes en las comidas y gases tóxicos, entre otras aplicaciones.

Para llevar a cabo actualmente un experimento en un artefacto microfluídico, los investigadores a menudo usan decenas de mangueras de aire, válvulas y conexiones eléctricas entre el microprocesador y una computadora para mover, mezclar y dividir pequeñas gotas de fluido en los canales y terrones microscópicos del artefacto.

“Uno pierde rápidamente la ventaja de un pequeño sistema microfluídico”, dijo Mark Burns, profesor y director del Departamento de Ingeniería Química y profesor en el Departamento de Ingeniería Bioquímica.

“Lo que uno realmente quisiera ver es algo del tamaño de un iPhone en el cual se pueda estornudar y el artefacto determine si uno tiene gripe. Lo que no se ha desarrollado para un sistema tan pequeño es la neumática, el mecanismo para mover los químicos y muestras en el artefacto”.

Los investigadores de la UM usaron ondas de sonido para movilizar un sistema neumático único que no requiere válvulas electromecánicas. En cambio las notas musicales producen presión del aire que controla las gotas pequeñísimas en el artefacto. El sistema de la UM requiere solo una conexión “afuera del microprocesador”.

“El sistema se parece mucho a la óptica de fibras o la televisión por cable. Nadie anda arrastrando 200 cables separados por toda la casa para que operen todos esos canales”, dijo Burns. “Hay una señal de cable que se decodifica”.

El sistema desarrollado por Burns, el estudiante de doctorado en ingeniería química Sean Langelier y sus colaboradores, reemplaza esas mangueras de aire, válvulas y conexiones eléctricas con lo que llaman cavidades de resonancia. Estas cavidades de resonancia son tubos de longitudes específicas que amplifican notas musicales particulares.

Esas cavidades están conectadas, en un extremo, con canales en el artefacto microfluídico y en otro extremo con un altoparlante a su vez conectado a una computadora. La computadora genera las notas o acordes. Las cavidades de resonancia amplifican esas notas y las ondas de sonido empujan el aire a través de un orificio en la cavidad de resonancia hacia su canal asignado. El aire entonces empuja las gotitas a lo largo del artefacto microfluídico.

“Cada cavidad de resonancia en el artefacto está diseñada para la amplificación de un tono específico y, a su vez, convertirlo en una presión útil”, dijo Langelier. “Si yo hago sonar una nota, se mueve una gotita. Si toco un acorde de tres notas, se mueven tres, y así para el resto. Y porque las cavidades no se comunican entre sí, puedo variar la fuerza de las notas individuales dentro de los acordes para hacer que una gotita específica se mueva más rápido o más lento”.

Burns describe el conjunto como lo opuesto de un coro de campanas. En lugar de tañir una campana para crear ondas de sonido en el aire, que se escuchan como música, este sistema usa la música para crear ondas de sonido adentro del artefacto que, a su vez, mueven las gotitas del experimento.

“Pienso que es un sistema muy inteligente”, dijo Burns. “Es una forma de hacer mucho más simples las conexiones entre el mundo microfluídico y el mundo real”.

El nuevo sistema sigue siendo externo del microprocesador, pero los investigadores trabajan ahora para hacerlo más pequeño e incorporarlo en un artefacto microfluídico. Eso sería un paso hacia un artefacto del tamaño de un teléfono móvil que permita las pruebas hogareñas para la gripe o el resfrío.

El artículo se titula “Acoustically-driven programmable liquid motion using resonance cavities”.  Otros autores son los estudiantes de pre grado en ingeniería química de la UM, Dustin chang y Ramsey Zeitoun. La investigador fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Nacional de Ciencias.

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