La microfluídica es la ciencia y la tecnología empleada para controlar cantidades muy pequeñas de fluidos dentro de canales diminutos. Estos fluidos pueden ser líquidos o gases, y los canales suelen tener menos de un milímetro de ancho.

A esta escala, los fluidos se comportan de manera diferente. La tensión superficial, la viscosidad y la geometría del canal comienzan a ser más importantes que la gravedad o la turbulencia. Eso brinda a los ingenieros y científicos una ventaja útil: los volúmenes pequeños pueden desplazarse, mezclarse, calentarse, separarse o analizarse con un alto grado de control.

Es por eso que la microfluídica se utiliza en muchos equipos compactos de ciencias de la vida. Permite que un equipo gestione las muestras y los reactivos de manera controlada, a menudo con menos espacio, menos líquido y pasos de proceso más cortos que los métodos convencionales de laboratorio.

La microfluídica funciona guiando los fluidos a través de microcanales, cámaras y puntos de control diseñados con precisión. En lugar de mover una muestra grande a través de tubos, un equipo basado en la microfluídica puede mover pequeñas cantidades de muestra y reactivo a través de un recorrido interno compacto.

Un proceso microfluídico simple generalmente incluye:

• Una entrada, donde la muestra o el reactivo entra en la unidad
• Microcanales, que guían el fluido a través del recorrido
• Elementos de mando, como presión, acción capilar, bombas o válvulas
• Zonas de procesamiento, donde tienen lugar la escuadra de fijación, calefacción, separación o reacciones
• Una área de detección o edición, donde el resultado puede ser medido, leído o transferido

La configuración exacta depende de la tarea. Un aparato de diagnosis, un sistema de dosificación y un modelo de órgano en un chip pueden usar principios microfluídicos, pero no requieren la misma arquitectura.

Considere un chip microfluídico como una pequeña ruta estructurada para líquidos. Una muestra entra al chip, se mueve a través de canales estrechos, llega a una o más áreas funcionales y luego produce un resultado medible. En un sistema lab-on-a-chip, esta ruta puede reemplazar varios pasos manuales de laboratorio. Una sola unidad puede ayudar a preparar una muestra, escuadra de fijación los reactivos y controlar las condiciones de reacción.

El resultado es un proceso más compacto. Los pasos que anteriormente requerían más espacio, más manipulación manual y más componentes separados están volviéndose más cortos y fáciles de controlar.

A escala microscópica, el flujo de un fluido suele estar controlado con precisión y ser predecible. En muchos sistemas microfluídicos, el flujo es laminar, lo que significa que las capas de fluido se desplazan junto a otras con mínima escuadra de fijación causada por turbulencia. Esto cambia la forma en que los ingenieros diseñan un equipo: La escuadra de fijación, dosificación y el tiempo de reacción a menudo dependen de la forma del canal, la longitud del recorrido, el control de presión y las propiedades de la superficie del material.

Tres principios son particularmente importantes:

• Los efectos de la superficie se hacen más fuertes, porque los fluidos están en contacto con una mayor área de superficie en relación con su volumen
• El flujo puede ser más predecible, lo que ayuda con la dosificación repetible y el análisis de extracción de muestras
• Los pequeños volúmenes reaccionan rápidamente, debido a que las distancias de transferencia de calor y masa son cortas.

Esto puede ser especialmente valioso para procesos biológicos y químicos. Se pueden requerir menores volúmenes de muestra o reactivos, y los pasos sensibles pueden realizarse en un entorno controlado.

La microfluídica se utiliza donde sea necesario controlar, analizar o procesar pequeños volúmenes de fluidos. En el sector de las ciencias de la vida, suele ser indispensable en aplicaciones donde el espacio, el volumen de muestra y la repetibilidad son cruciales.

Las áreas de aplicación típicas incluyen:

• Diagnosis e IVD, incluidos pruebas en punto de atención y analizadores compactos
• Sistemas lab-on-a-chip, donde las funciones del laboratorio están integradas en un pequeño equipo
• Microfluidos en biología, como la manipulación de células, la clasificación de células o el análisis de células individuales
• Modelos organ-on-a-chip, donde los finos canales microfluídicos suministran nutrientes a las células
• Screening de substancias activas, donde las pruebas y análisis se realizan con pequeños volúmenes de fluido
• Procesos automatizados de terapia celular, en los que el transporte preciso de líquidos contribuye a un proceso bien controlado
• Instrumentos analíticos, donde las muestras, reactivos y gases deben desplazarse por recorridos definidos

Si usted trabaja en unidades compactas de ciencias de la vida, los siguientes recursos pueden proporcionarle una mayor comprensión sobre el tema. Nuestros equipos de investigación están explorando conceptos de microfluídica para la automatización de laboratorios y técnica médica, y cómo se pueden emplear en áreas como la terapia celular automatizada CAR-T y los sistemas organ-on-a-chip.

La microfluídica trata de mucho más que reducir los recorridos de los fluidos. Se trata de proporcionar a los ingenieros y científicos una arquitectura eficaz para controlar con precisión pequeños volúmenes de fluidos, de modo que las unidades compactas puedan gestionar muestras, reactivos y reacciones con la máxima eficiencia.

Los puntos más importantes son:

• La microfluídica controla pequeños volúmenes de líquido o gas dentro de pequeños canales y cámaras
• El comportamiento de los fluidos cambia a escala microscópica, por lo que los efectos de superficie, la corriente laminar y la geometría del canal son especialmente importantes
• Los equipos microfluídicos pueden combinar varios pasos de laboratorio en un formato compacto, como dosificación, mezcla, control y detección de reacciones
• Las aplicaciones de Ciencias de la Vida a menudo se benefician de un control preciso de fluidos, especialmente cuando el volumen de la muestra, la repetibilidad y el tamaño del equipo son importantes

Una vez que los conceptos básicos están claros, el siguiente paso útil es preguntarse cómo el control de fluidos puede mejorar la fiabilidad, la repetibilidad o el escalado.