Pensando fuera del chip: diseño y desarrollo de microfluidos

May 11, 2023

por Steve Green

25 mayo 2023

10:15

Steve Green, jefe de diseño de Oxford Product Design, explora algunos desafíos menos discutidos en el diseño y desarrollo de dispositivos microfluídicos para el cuidado de la salud.

Shutterstock

chip

En términos generales, la microfluídica implica el comportamiento, la manipulación y el control de fluidos que están restringidos dentro de una geometría muy pequeña, generalmente a escala micrométrica. En la industria médica, la microfluídica se ha convertido en una herramienta cada vez más importante para varias aplicaciones.

Una ventaja clave de la microfluídica es la capacidad de manejar cantidades muy pequeñas de material biológico, como sangre o saliva. Esto puede ser especialmente útil para pruebas de diagnóstico para tomar muestras pequeñas.

Al permitir que los investigadores y médicos manejen y analicen pequeños volúmenes de material biológico con alta precisión y exactitud, la microfluídica está ayudando a impulsar avances en el diagnóstico, el descubrimiento de fármacos y la medicina personalizada.

Dentro del diagnóstico, la microfluídica se usa ampliamente al desarrollar sistemas de punto de atención, que se pueden usar para detectar rápidamente enfermedades o afecciones dentro de un entorno clínico. Estos dispositivos pueden diseñarse para que sean portátiles, económicos por prueba, fáciles de usar y rápidos en los resultados, lo que los hace ideales para situaciones de emergencia.

Es un campo emocionante y en rápida evolución con un tremendo potencial para revolucionar la forma en que abordamos la atención médica, recibiendo mucha atención de los medios, la academia y los capitalistas de riesgo. Aunque hay dispositivos que comienzan a penetrar en el mercado, es posible que la realización de estos beneficios aún no refleje el dinero y el esfuerzo que se está invirtiendo.

Un desafío obvio que atrae gran parte del esfuerzo y la atención durante el desarrollo es el propio dispositivo de microfluidos (o 'chip'). La interacción entre la dinámica de fluidos, la química de superficies y las técnicas de microfabricación, así como la comprensión de la física y la química subyacentes, constituyen un obstáculo técnico que absorbe la atención. Además, el requisito de resultados confiables, reproducibles y escalables requiere un cuidadoso equilibrio y optimización de los esfuerzos a lo largo del proceso de diseño y desarrollo.

Sin embargo, el 'chip' microfluídico es solo una pequeña parte del sistema más grande y la integración de estos dispositivos con otros componentes y requisitos puede ser un desafío.

Estos son algunos aspectos de los sistemas de microfluidos que quedan "fuera del chip" que no deben ignorarse:

Integración de sistema: En muchos casos, los sistemas de microfluidos deben integrarse con sistemas externos, como bombas, válvulas y sensores.

Interfaces : El flujo de fluido es impulsado por gradientes de presión. El diseño de conexiones e interfaces fluídicas que sean limpias, confiables, libres de fugas y fáciles de usar puede ser un importante desafío de ingeniería.

Controles (detección y retroalimentación): Para lograr un control de circuito cerrado sobre los sistemas de microfluidos, a menudo es necesario incorporar sensores y mecanismos de retroalimentación. Esto puede ser un desafío debido al pequeño tamaño del sistema, que puede requerir el desarrollo de tecnologías de detección especializadas que puedan operar a microescala.

Estabilidad y robustez : Los sistemas de microfluidos pueden ser sensibles a los cambios en las condiciones ambientales, como la temperatura, la humedad y la vibración. El desarrollo de sistemas estables y robustos requiere un diseño cuidadoso de componentes y materiales, así como algoritmos de control avanzados.

Ejemplo de introducción : La introducción de muestras biológicas en dispositivos de microfluidos presenta desafíos tales como la preparación, el manejo y el almacenamiento de muestras; volumen y concentración de la muestra; contaminación y reactividad cruzada; y desarrollo y validación de ensayos. Estos desafíos deben manejarse cuidadosamente para garantizar que los dispositivos de microfluidos produzcan resultados confiables y precisos.

Interfaz de usuario y experiencia de usuario : En un entorno clínico o de investigación, los dispositivos de microfluidos deben ser fáciles de usar e intuitivos para los usuarios finales. Desarrollar interfaces de usuario que sean claras, concisas y que brinden comentarios relevantes puede ser un desafío de diseño importante.

Aprobación y adopción: Si bien hay razones para ser positivo acerca de que los sistemas se vuelvan más abiertos y eficientes, es justificablemente lento y adverso al riesgo. Facilite las cosas para todos los involucrados mediante la comprensión de su mercado y la planificación de su ruta de aprobaciones desde el principio.

Estos son solo algunos de los desafíos involucrados y la complejidad de este panorama de desarrollo explica de alguna manera la brecha entre la innovación y la implementación de dichos dispositivos en el campo.

Sin embargo, los beneficios potenciales de la microfluídica hacen que el viaje de desarrollo sea una inversión de tiempo y energía con un propósito y un impacto, por lo que no hay duda de que es el futuro. La pregunta es ¿cómo llevamos dichos dispositivos al mercado de la manera más eficiente y efectiva?

Estrategia: Tener una estrategia clara y bien comunicada es crucial para garantizar que el dispositivo cumpla con la aplicación y los requisitos previstos. Ayuda a identificar los desafíos clave, los recursos y los hitos necesarios para un desarrollo exitoso. Recuerde que una estrategia debe ser flexible y adaptable.

Colaboración:reunir a expertos de diferentes disciplinas con habilidades y conocimientos complementarios es esencial, ya que permite la integración de diversas perspectivas, lo que puede conducir a soluciones más creativas e innovadoras para desafíos complejos.

En cualquier desarrollo de dispositivo, muy pocos de estos desafíos se resuelven por primera vez. Si las empresas emergentes, las multinacionales, los proveedores de servicios, los proveedores y la industria pueden encontrar formas de trabajar juntos de manera más eficiente y efectiva, entonces es más probable que los esfuerzos dentro del campo de la microfluídica den sus frutos.

Oxford Product Design exhibirá en Med-Tech Innovation Expo en el Stand C29 los días 7 y 8 de junio en NEC, Birmingham. Regístrese GRATIS en www.med-techexpo.com.

por Steve Green

25 mayo 2023

10:15