La tecnología Lab on a Chip ha experimentado un extraordinario crecimiento en las dos últimas décadas, gracias al desarrollo de nuevas tecnologías de microfabricación y al conocimiento más profundo de los fenómenos físicos dominantes a la microescala. Los sistemas LOC presentan diversas ventajas sobre los sistemas macroscópicos análogos: transporte de energía y materia más eficientes, miniaturización, automatización, integración, alta densidad de información, entra otras. Estas ventajas han llamado la atención de una amplia comunidad científica y tecnológica, relacionada con campos de aplicación tan distintos como la química, la biología, la medicina y la nanotecnología. No obstante, el campo se encuentra todavía en una fase de desarrollo, tal como demuestra el limitado número de aplicacions LOC en el mercado. Es necesario afrontar diversos retos para superar esta barrera. Por un lado, los sistemas LOC deben integrar todas las operaciones necesarias para cada aplicación en cuestión, y al mismo tiempo, proporcionar una interfaz simple a los usuarios. Además, los sistemas LOC deben superar significativamente las prestaciones de sus análogos macroscópicos para justificar la inversión en una nueva tecnología. Por otro lado, los materiales y sus tecnologías de fabricación asociadas deben proporcionar la manera de producir tales dispositivos, tanto a nivel de prototipado como de fabricación en masa. Por tanto, al desarrollar sistemas LOC debe tenerse en cuenta la escalabilidad de los procesos de fabricación, y de esta manera, abordar el obstáculo que supone la transición a fabricación en masa. Esta tesis se centra en el desarrollo de dispositivos LOC utilizando procesos de fabricación escalables basados en una aproximación multicapa. Estos sistemas LOC se han destinado a tres aplicaciones muy diferentes, ejemplo de como campos tan alejados pueden beneficiarse de esta tecnología. Los requerimientos específicos de cada aplicación han determinado la selección del material más adecuado y la integración de los elementos necesarios en el sistema LOC. El primer caso consiste en el desarrollo de un dispositivo LOC fabricado con Co-polímero de Olefina Cíclica (COC), así como un actuador magnético para el control y la manipulación de partículas magnéticas dentro del dispositivo. Este sistema analítico fue utilizado para la detección de la bacteria patógena E.~coli O157:H7, demostrando una significativa mejora de la sensibilidad y una gran facilidad de operación. El segundo ejemplo también se basa en un dispositivo de COC, en este caso, para retener y madurar oocitos. Este sistema demostró su idoneidad para aplicaciones de reproducción asistida. Asimismo, la integración de calentadores transparentes en estos sistemas sienta la base para el desarrollo de plataformas de cultivo/fertilización totalmente independientes. En ambos ejemplos, el COC proporciona ventajas significativas como por ejemplo, una alta transparencia, baja autofluorescencia y biocompatibilidad. El último caso consiste en el desarrollo de microreactores fabricado con cerámicas de sinterización a baja temperatura (LTCC por sus siglas en inglés). Éstos se destinaron a la intensificación de procesos sintéticos de nanomateriales diseñados para aplicaciones analíticas. Este sustrato y su tecnología de fabricación asociada permiten la integración monolítica de calentadores, estructuras complejas 3D y ventanas ópticas. Se sintetizaron nanopartículas de Magnetita y Carbon Dots bajo duras condiciones de reacción, aprovechando la estabilidad química y estructural del material LTCC. Los resultados presentados en esta tesis demuestran la versatilidad de la tecnología LOC y las ventajas que proporciona a un amplia abanico de aplicaciones. Además, las metodologías de fabricación desarrolladas podrían ser potencialmente extrapoladas a procesos de fabricación en masa, hecho de gran importancia para la transferencia de tecnolgía hacia las aplicaciones comerciales e industriales.
Lab on a Chip systems for biochemical analysis, biology and synthesis: towards simple, scalable, microfabrication technologies based on COC and LTCC
Berenguel Alonso, M. (Autor/a). 14 jul 2017
Tesis doctoral