211service.com
Lab-on-a-Chip hecho de papel
Aprovechando el movimiento natural del líquido a través del papel, los investigadores de Harvard Grupo de Investigación Whitesides puede haber encontrado una manera de hacer que la tecnología de microfluidos sea mucho más barata. El resultado podría ser pruebas de diagnóstico desechables, simples y lo suficientemente abundantes para su uso en el mundo en desarrollo.
Código de colores: Este prototipo de una nueva prueba diagnóstica en papel de la Universidad de Harvard analiza el contenido de glucosa (pozo izquierdo) y proteína (pozo derecho) de la orina; el pocillo superior es un control para el ensayo de glucosa. La parte beige del papel de prueba se ha tratado con un polímero hidrófobo que canaliza el líquido hacia los pocillos. En esta prueba, el papel se sumergió en una solución de orina artificial que contenía glucosa y una proteína extraída de sangre de vaca.
El campo de la microfluídica se ocupa de la manipulación precisa de pequeñas cantidades de líquido. Una de sus aplicaciones más prometedoras es el llamado lab-on-a-chip, que puede funcionar con muestras de fluidos mucho más pequeñas que las que requieren los dispositivos más grandes, lo que potencialmente permite herramientas de diagnóstico más portátiles. Pero los chips de microfluidos existentes generalmente están hechos de materiales comparativamente costosos como silicio, vidrio o plástico y tienen bombas y válvulas diminutas que pueden ser difíciles de fabricar.
Ahora, George Whitesides de Harvard y su equipo han construido un dispositivo de microfluidos en un cuadrado de papel del tamaño de una uña meñique. Es el primer ejemplo que escucho de microfluidos de papel, dice Albert Folch , bioingeniero de la Universidad de Washington que trabaja en microfabricación. Es realmente inteligente porque utiliza papel como sustrato, que está disponible universalmente.
Si bien las pruebas de papel más grandes (como las del embarazo) son comunes, encoger el papel y minimizar la cantidad de reactivos químicos requeridos reduce los costos de fabricación. La capacidad de dirigir la muestra a regiones particulares del papel permite la realización simultánea de varias pruebas para buscar múltiples síntomas de una afección, como insuficiencia renal o enfermedad infecciosa, dice Whitesides. Y reducir el tamaño de la muestra es una ventaja particular en los países en desarrollo, donde la recolección de pequeñas cantidades de líquidos de manera no invasiva evita la necesidad de jeringas, que pueden ser difíciles de limpiar y desechar.
Un pinchazo de sangre o una gota de orina empapada en el borde del dispositivo Whitesides se mueve naturalmente a través del papel, de la misma manera que el vino se esparce a través de una servilleta de papel. Pero el papel se trata con un polímero hidrófobo, que dirige el líquido a lo largo de los canales prescritos. Una vez que el líquido llega a los pocillos en los extremos de los canales, interactúa con los reactivos, volviendo el papel de diferentes colores. Los colores pueden coincidir con los de una clave de color, al igual que en una prueba de pH. Un diseño de prueba que parece un árbol geométrico en miniatura de tres ramas podría tener pozos al final de dos ramas para un análisis de glucosa y uno al final de la tercera para un análisis de proteínas, por ejemplo.
El diseño prescinde de los costosos componentes comunes en los dispositivos de microfluidos convencionales: las reacciones químicas que colorean partes del papel reemplazan a los sensores y analizadores sofisticados, mientras que el uso de la acción capilar natural del papel para absorber líquidos evita la necesidad de bombas o fuentes de energía externas. Diagnostic for All, una empresa derivada cofundada por Whitesides y el académico visitante de Harvard Hayat Sindi, con el apoyo de socios del MIT, está comercializando la tecnología.
En lugar de grabar canales en un material, como hacen la mayoría de los diseñadores de microfluidos, Whitesides y Sindi pudieron aprovechar la red de canales inherentes al papel; el polímero hidrofóbico simplemente sella los canales que los investigadores no quieren utilizar. Lo realmente inteligente de este sistema es que en realidad han modelado todo el volumen del sustrato, explica Folch. El papel en sí forma una red de capilares.
Una desventaja que señala Folch es que, debido a la acción de bombeo limitada de las pruebas en papel, probablemente no podrán realizar reacciones químicas más complejas.
Además de abaratar los dispositivos, los diseñadores tuvieron en cuenta otras características que los harían más prácticos en el mundo en desarrollo. El peso liviano y la resistencia a la rotura de la prueba la hacen más portátil que las pruebas modeladas en superficies de vidrio que se rompen fácilmente. El chip de papel también es fácilmente desechable por incineración, una consideración clave en los países en desarrollo preocupados por el mantenimiento de la salud pública, dice Whitesides. El tipo de cosas que estamos desarrollando aquí están destinadas a ser útiles para evaluar la salud pública en el mundo en desarrollo, dice. En lugar de tomar la medicina del primer mundo y tratar de reducirla, el equipo comenzó a diseñar la tecnología pensando en los países en desarrollo, concentrándose en la facilidad de uso, la asequibilidad y la portabilidad, dice Whitesides.
Con el fin de optimizar el dispositivo para los países en desarrollo, el equipo planea combinar las pruebas en papel con un sistema de teléfonos móviles para el diagnóstico externo, minimizando el nivel de experiencia necesario para utilizar las pruebas. Es principalmente una forma de conservar el valioso tiempo y los recursos limitados de la gente del cuidado de la salud, dice Whitesides. El equipo prevé que, en áreas rurales donde los médicos son limitados, las personas que están capacitadas solo para realizar las pruebas las realicen y las envíen de regreso a una instalación central donde un médico revisa esa información y [recomienda] diagnóstico y tratamiento sin tener que hacerlo. estar realmente allí, dice Whitesides.
Hasta ahora, Whiteside y sus colegas han probado la herramienta de diagnóstico en papel utilizando orina artificial. En un artículo publicado el mes pasado, analizaron los resultados del artículo de forma remota, a través de las cámaras de los teléfonos, y encontraron que los resultados eran comparables en precisión al análisis in situ, dice Whitesides.
El siguiente paso es un ensayo clínico y el despliegue en algún lugar de África, dice Sindi. En este momento, el equipo está probando el dispositivo en condiciones difíciles, dice, como alta presión, temperatura y humedad. Hasta ahora, la prueba no parece verse afectada negativamente, dice Whitesides. El equipo finalmente espera ir más allá del diagnóstico humano, desarrollando dispositivos para analizar el agua, el ganado y otras fuentes de alimentos.
Los tipos de ensayos de diagnóstico que desea realizar y los tipos de problemas que desea resolver son muy diversos en el mundo real, dice Mehmet Fatih Yanik , profesor asistente en el Laboratorio de Investigación de Electrónica del MIT. Lo bueno del papel es que es una plataforma muy flexible para realizar una variedad de ensayos. Añade que fabricar dispositivos de microfluidos como los del grupo Whitesides es mucho más económico que fabricar máquinas de diagnóstico a granel. La combinación de los dos sistemas de bajo costo, los fluidos basados en papel y los teléfonos celulares, que son bastante omnipresentes en el mundo en desarrollo, es una idea novedosa, dice Yanik.
Realmente trae una herramienta que tendrá un gran impacto en la implementación de microfluidos, una tecnología que generalmente requiere mucho hardware y experiencia para su uso, dice Folch. Han bajado la barrera y pueden llevar microfluidos a las masas, por así decirlo.