Científicos Combinan Robótica Convencional y Microfluidos

Los robots suelen estar equipados con brazos móviles, muchos veces programados y utilizados para realizar una variedad de tareas en fábricas. Este tipo de robots han tenido tradicionalmente poca asociación con sistemas miniaturizados que transportan pequeñas cantidades de líquido a través de capilares finos. Estos sistemas, conocidos como microfluidos o laboratorio en un chip, suelen utilizar bombas externas para mover el líquido a través de los chips. Sin embargo, han demostrado ser difíciles de automatizar, y los chips necesitan ser diseñados y fabricados a medida para cada aplicación específica.

Pero ahora, un equipo de investigadores liderados por el profesor Daniel Ahmed de la ETH están combinando la robótica convencional y la microfluidica. El dispositivo recién desarrollado utiliza ultrasonido y puede ser conectado a un brazo robótico. También puede realizar una amplia gama de tareas en aplicaciones micro robóticas y micro fluidas, o utilizarse para automatizar estas aplicaciones.

La nueva investigación se informó en Nature Communications.

Nuevo y Único Dispositivo

Los investigadores han desarrollado un dispositivo único capaz de crear patrones de vórtice tridimensionales en líquidos a través del uso de agujas de vidrio oscilantes alimentadas por transductores piezoeléctricos, dispositivos que también se encuentran en altavoces, herramientas de limpieza dental y equipos de ultrasonido. Al ajustar la frecuencia de estas oscilaciones, pueden controlar con precisión la formación de patrones.

Imagen: ETH Zurich

El equipo utilizó el dispositivo para demostrar varias aplicaciones, como mezclar gotas diminutas de líquidos altamente viscosos.

“Cuanto más viscosos son los líquidos, más difícil es mezclarlos”, dice Ahmed. “Sin embargo, nuestro método logra hacerlo porque nos permite crear no solo un vórtice único, sino también mezclar eficientemente los líquidos utilizando un patrón tridimensional complejo compuesto por múltiples vórtices fuertes”.

Al manipular cuidadosamente los vórtices y posicionar la aguja de vidrio oscilante cerca de la pared del canal, los científicos también pudieron alimentar su sistema de mini-canal con asombrosa eficiencia.

Al utilizar un dispositivo acústico asistido por robot, pudieron capturar partículas finas en fluido de manera eficiente. El tamaño de cada partícula determinaba su reacción a las ondas sonoras, lo que hacía que las partículas más grandes se acumularan alrededor de la aguja de vidrio oscilante. Remarkablemente, esta misma técnica demostró ser capaz no solo de atrapar partículas inerte, sino también embriones de peces enteros. Con un desarrollo adicional, el método podría utilizarse para capturar células biológicas de fluidos.

“En el pasado, manipular partículas microscópicas en tres dimensiones siempre fue un desafío. Nuestro brazo micro robótico lo hace fácil”, dice Ahmed.

“Hasta ahora, los avances en robótica convencional y aplicaciones micro fluidas se han realizado por separado”, continúa Ahmed. “Nuestro trabajo ayuda a unir los dos enfoques”.

Patrones de vórtice en líquidos      Imagen: ETH Zurich

A medida que avanzamos, los sistemas micro fluidos del futuro podrían acercarse a rivalizar con la tecnología robótica avanzada de hoy. Al programar un solo dispositivo con múltiples tareas, como mezclar y bombear líquidos y atrapar partículas, Ahmed prevé que ya no serán necesarios chips personalizados para cada aplicación. Construir sobre este concepto es la idea de conectar varias agujas de vidrio entre sí en patrones de vórtice intrincados, lo que nos permitirá ir más allá de lo que era imaginable antes.

Ahmed vislumbra una serie de usos potenciales para los brazos micro robóticos más allá del ámbito del análisis de laboratorio, desde la clasificación de objetos y la manipulación de ADN hasta técnicas de fabricación aditiva como la impresión 3D. Con estos desarrollos, podemos revolucionar la biotecnología como la conocemos.