Microfluidos: ¿Cómo puede Microfluidics acelerar la vacuna COVID19?

Por Fouad Sabry

O le a le Microfluidics

Microfluidics o lo'o fa'atatau i le amio, fa'atonu sa'o, ma le fa'aogaina o sua o lo'o fa'atumauina fa'ata'atia i se fua la'ititi lea e fa'atosina malosi ai le malosi o le voluma. Ose matata eseese e aofia ai inisinia, fisiki, kemisi, biochemistry, nanotechnology, ma biotechnology. O lo'o i ai fa'aoga aoga i le mamanu o faiga e fa'agasolo ai le maualalo o voluma o vai e ausia ai le telexing, masini, ma su'esu'ega maualuga. Microfluidics na aliaʻe i le amataga o le 1980s ma faʻaaogaina i le atinaʻeina o masini lolomi inkjet, DNA chips, lab-on-a-chip technology, micro-propulsion, ma micro-thermal technologies.

Fa'afefea ona E Fa'amanuiaina

(I) Malamalamaga, ma fa'amaoniga e uiga i autu nei:

Mataupu 1: Microfluidics

Matā'upu 2: Fa'ato'a fa'avae microfluidics

Matā'upu 3: Fa'amatalaga microfluidics

Matā'upu 4: Fa'ameamea e fa'atatau i Pepa

Mataupu 5: Tu'ufa'atasiga o sela microfluidic

Mataupu 6: Pamu fa'aeletise

Mataupu 7: Fa'asaienisi meafaitino

(II) Taliina o fesili maualuga a tagata lautele e uiga i microfluidics.

(III) Fa'ata'ita'iga moni o le lalolagi mo le fa'aogaina o microfluidics i le tele o matā'upu.

(IV) 17 fa'aopoopo e fa'amatala fa'apu'upu'u ai, 266 fa'atekonolosi fa'atupuina i alamanuia ta'itasi ina ia maua le 360-tikeri le malamalama atoatoa i tekinolosi a microfluidics.

E Mo Ai Lenei Tusi

Fa'apolofesa, tamaiti a'oga maualalo ma fa'au'u, fa'afiafia, fa'afiafia, ma i latou e fia fa'asili atu i le poto masani po'o fa'amatalaga mo so'o se ituaiga microfluidics.

• Idioma: Español
• Editorial: Mil Millones De Conocimientos [Spanish]
• Fecha de lanzamiento: 27 ene 2022

Vista previa del libro

Otros libros del autor

1 - Propulsión por plasma

2 - Motor de detonación por pulsos

3 - Robótica Agrícola

4 - Sistemas Ecológicos Cerrados

5 - Carne cultivada

6 - Agricultura vertical

7 - Vehículos autónomos

8 - Drones autónomos

9 - Robótica Autónoma

10 - Armas autónomas

11 - Arcología

12 - Impresión 4D

13 - Ciudad Abovedada

14 - Libro mayor distribuido

15 - Moneda digital

16 - Finanzas descentralizadas

17 - Máquinas inteligentes

18 - Aerogel

19 - Metal amorfo

20 - Bioplástico

21 - Polímero conductor

22 - Tratamiento criogénico

23 - Armadura dinámica

24 - Fullereno

25 - Grafeno

26 - Laboratorio en un chip

27 - Superconductividad de alta temperatura

28 - Nanopartículas magnéticas

29 - Fluido magnetorreológico

30 - Microfluídica

31 - Superfluidez

32 - Metamaterial

33 - Espuma de metal

34 - Estructura multifunción

35 - Nanomateriales

36 - Materia programable

37 - Punto cuántico

38 - Siliceno

39 - Superaleación

40 - Diamante sintético

41 - Cristal de tiempo

42 - Hormigón translúcido

43 - Interfaz cerebro-computadora

44 - Inteligencia de enjambre

Serie de The Author

Tecnologías emergentes en el sector aeroespacial

1 - Propulsión por plasma

2 - Motor de detonación por pulsos

Tecnologías emergentes en la agricultura

1 - Robótica Agrícola

2 - Sistemas Ecológicos Cerrados

3 - Carne cultivada

4 - Agricultura vertical

Tecnologías emergentes en cosas autónomas

1 - Vehículos autónomos

2 - Drones autónomos

3 - Robótica Autónoma

4 - Armas autónomas

Tecnologías emergentes en la construcción

1 - Arcología

2 - Impresión 4D

3 - Ciudad Abovedada

Tecnologías emergentes en finanzas

1 - Libro mayor distribuido

2 - Moneda digital

3 - Finanzas descentralizadas

Tecnologías emergentes en tecnología de la información

1 - Máquinas inteligentes

Tecnologías emergentes en ciencia de materiales

1 - Aerogel

2 - Metal amorfo

3 - Bioplástico

4 - Polímero conductor

5 - Tratamiento criogénico

6 - Armadura dinámica

7 - Fullereno

8 - Grafeno

9 - Laboratorio en un chip

10 - Superconductividad de alta temperatura

11 - Nanopartículas magnéticas

12 - Fluido magnetorreológico

13 - Microfluídica

14 - Superfluidez

15 - Metamaterial

16 - Espuma metálica

17 - Estructura multifunción

18 - Nanomateriales

19 - Materia programable

20 - Punto cuántico

21 - Siliceno

22 - Superaleación

23 - Diamante sintético

24 - Cristal de Tiempo

25 - Hormigón translúcido

Tecnologías emergentes en neurociencia

1 - Interfaz cerebro-computadora

Tecnologías emergentes en robótica

1 - Inteligencia de enjambre

Mil millones de conocedores

Microfluídica

¿Cómo puede la microfluídica acelerar la vacuna contra el COVID19?

Fouad Sabry

Derechos de autor

Microfluidics Copyright © 2021 por Fouad Sabry. Todos los derechos reservados.

Todos los derechos reservados. Ninguna parte de este libro puede ser reproducida en cualquier forma o por cualquier medio electrónico o mecánico, incluyendo sistemas de almacenamiento y recuperación de información, sin el permiso por escrito del autor. La única excepción es por un revisor, que puede citar extractos cortos en una revisión.

Funda diseñada por Fouad Sabry.

Este libro es una obra de ficción. Los nombres, personajes, lugares e incidentes son productos de la imaginación del autor o se usan ficticiamente. Cualquier parecido con personas reales, vivas o muertas, eventos o lugares es completamente casual.

Sobresueldo

Puede enviar un correo electrónico a [e-mail] con el asunto Microfluídica: ¿Cómo puede la microfluídica acelerar la vacuna COVID19?, y recibirá un correo electrónico que contiene los primeros capítulos de este libro.

Fouad Sabry

Visite el sitio web de 1BK en

www.1BKOfficial.org

Prefacio

¿Por qué escribí este libro?

La historia de escribir este libro comenzó en 1989, cuando era estudiante en la Escuela Secundaria de Estudiantes Avanzados.

Es notablemente como las escuelas STEM (Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas), que ahora están disponibles en muchos países avanzados.

STEM es un plan de estudios basado en la idea de educar a los estudiantes en cuatro disciplinas específicas: ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas, en un enfoque interdisciplinario y aplicado. Este término se usa típicamente para abordar una política educativa o una elección de currículo en las escuelas. Tiene implicaciones para el desarrollo de la fuerza laboral, las preocupaciones de seguridad nacional y la política de inmigración.

Hubo una clase semanal en la biblioteca, donde cada estudiante es libre de elegir cualquier libro y leer durante 1 hora. El objetivo de la clase es animar a los estudiantes a leer materias distintas al currículo educativo.

En la biblioteca, mientras miraba los libros en los estantes, noté libros enormes, un total de 5,000 páginas en 5 partes. El nombre del libro es La Enciclopedia de la Tecnología, que describe todo lo que nos rodea, desdeel cero absoluto hasta los semiconductores, casi todas las tecnologías, en ese momento, se explicaban con ilustraciones coloridas y palabras simples. Comencé a leer la enciclopedia y, por supuesto, no pude terminarla en la clase semanal de 1 hora.

Entonces, convencí a mi padre para que comprara la enciclopedia. Mi padre compró todas las herramientas tecnológicas para mí al comienzo de mi vida, la primera computadora y la primera enciclopedia tecnológica, y ambas tienen un gran impacto en mí y en mi carrera.

He terminado toda la enciclopedia en las mismas vacaciones de verano de este año, y luego comencé a ver cómo funciona el universo y cómo aplicar ese conocimiento a los problemas cotidianos.

Mi pasión por la tecnología comenzó hace más de 30 años y aún así el viaje continúa.

Este libro es parte de La Enciclopedia de Tecnologías Emergentes, que es mi intento de dar a los lectores la misma experiencia increíble que tuve cuando estaba en la escuela secundaria, pero en lugar de las tecnologías del siglo 20,estoy más interesado en las tecnologías emergentes del siglo 21, las aplicaciones y las soluciones de laindustria.

La Enciclopedia de Tecnologías Emergentes constará de 365 libros, cada libro se centrará en una sola tecnología emergente. Puede leer la lista de tecnologías emergentes y su categorización por industria en la parte de Próximamente, al final del libro.

365 libros para dar a los lectores la oportunidad de aumentar sus conocimientos sobre una sola tecnología emergente todos los días en el transcurso de un período de un año.

Introducción

¿Cómo escribí este libro?

En cada libro de The Encyclopedia of Emerging Technologies, estoy tratando de obtener información de búsqueda instantánea y cruda, directamente de las mentes de las personas, tratando de responder a sus preguntas sobre la tecnología emergente.

Hay 3 mil millones de búsquedas en Google todos los días, y el 20% de ellas nunca se han visto antes. Son como una línea directa a los pensamientos de la gente.

A veces eso es 'Cómo elimino la mermelada de papel'. Otras veces, son los miedos desgarradores y los anhelos secretos que solo se atreverían a compartir con Google.

En mi búsqueda por descubrir una mina de oro sin explotar de ideas de contenido sobre Microfluídica, uso muchas herramientas para escuchar datos de autocompletar de motores de búsqueda como Google, luego rápidamente saco cada frase y pregunta útil, la gente está preguntando alrededor de la palabra clave Microfluídica.

Es una mina de oro de la percepción de las personas, que puedo usar para crear contenido, productos y servicios frescos y ultra útiles. La gente amable, como tú, realmente quiere.

Las búsquedas de personas son el conjunto de datos más importante jamás recopilado sobre la psique humana. Por lo tanto, este libro es un producto en vivo, y constantemente actualizado por más y más respuestas para nuevas preguntas sobre Microfluídica, formuladas por personas, como usted y yo, que se preguntan sobre esta nueva tecnología emergente y les gustaría saber más sobre ella.

El enfoque para escribir este libro es obtener un nivel más profundo de comprensión de cómo las personas buscan en torno a la Microfluídica, revelando preguntas y consultas que no necesariamente pensaría en la parte superior de mi cabeza, y respondiendo a estas preguntas en palabras súper fáciles y digeribles, y navegar por el libro de una manera directa.

Por lo tanto, cuando se trata de escribir este libro, me he asegurado de que esté lo más optimizado y dirigido posible. El propósito de este libro es ayudar a las personas a comprender mejor y aumentar su conocimiento sobre Microfluídica. Estoy tratando de responder a las preguntas de la gente lo más cerca posible y mostrando mucho más.

Es una manera fantástica y hermosa de explorar preguntas y problemas que tienen los pueblos y responderlos directamente, y agregar conocimiento, validación y creatividad al contenido del libro, incluso lanzamientos y propuestas. El libro descubre áreas ricas, menos concurridas y, a veces, sorprendentes de demanda de investigación que de otra manera no alcanzaría. No hay duda de que, se espera que aumente el conocimiento de las mentes de los lectores potenciales, después de leer el libro utilizando este enfoque.

He aplicado un enfoque único para hacer que el contenido de este libro sea siempre fresco. Este enfoque depende de escuchar las mentes de las personas, mediante el uso de las herramientas de escucha de búsqueda. Este enfoque me ayudó a:

Conozca a los lectores exactamente donde están, para que pueda crear contenido relevante que toque una fibra sensible e impulse una mayor comprensión del tema.

Mantenga mi dedo firmemente en el pulso, para que pueda obtener actualizaciones cuando la gente hable sobre esta tecnología emergente de nuevas maneras, y monitorear las tendencias a lo largo del tiempo.

Descubrir tesoros ocultos de preguntas que necesitan respuestas sobre la tecnología emergente para descubrir ideas inesperadas y nichos ocultos que aumentan la relevancia del contenido y le dan una ventaja ganadora.

Deje de perder el tiempo en la sensación y las conjeturas sobre el contenido deseado por los lectores y llene el contenido del libro con lo que la gente necesita y diga adiós a las infinitas ideas de contenido basadas en especulaciones.

Tome decisiones sólidas y tome menos riesgos para obtener asientos de primera fila para lo que la gente quiere leer y quiere saber, en tiempo real, y use los datos de búsqueda para tomar decisiones audaces, sobre qué temas incluir y qué temas excluir.

Optimice mi producción de contenido para identificar ideas de contenido sin tener que examinar manualmente las opiniones individuales para ahorrar días e incluso semanas de tiempo.

Es maravilloso ayudar a las personas a aumentar su conocimiento de una manera directa simplemente respondiendo a sus preguntas.

Creo que el enfoque de la escritura de este libro es único, ya que recopila y rastrea las preguntas importantes que hacen los lectores en los motores de búsqueda.

Reconocimientos

Escribir un libro es más difícil de lo que pensaba y más gratificante de lo que podría haber imaginado. Nada de esto hubiera sido posible sin el trabajo realizado por prestigiosos investigadores, y me gustaría reconocer sus esfuerzos para aumentar el conocimiento del público sobre esta tecnología emergente.

Dedicación

A los iluminados, los que ven las cosas de manera diferente y quieren que el mundo sea mejor, no les gusta el status quo o el estado existente. Puedes estar demasiado en desacuerdo con ellos, y puedes discutir con ellos aún más, pero no puedes ignorarlos, y no puedes subestimarlos, porque siempre cambian las cosas ... empujan a la raza humana hacia adelante, y mientras que algunos pueden verlos como locos o aficionados, otros ven genios e innovadores, porque los que están lo suficientemente iluminados como para pensar que pueden cambiar el mundo, son los que lo hacen y llevan a la gente a la iluminación.

Epígrafe

La microfluídica se refiere al comportamiento, el control preciso y la manipulación de fluidos que están geométricamente restringidos a una pequeña escala en la que las fuerzas de la superficie dominan las fuerzas volumétricas. Es un campo multidisciplinario que involucra ingeniería, física, química, bioquímica, nanotecnología y biotecnología. Tiene aplicaciones prácticas en el diseño de sistemas que procesan bajos volúmenes de fluidos para lograr multiplexación, automatización y cribado de alto rendimiento. La microfluídica surgió a principios de la década de 1980 y se utiliza en el desarrollo de cabezales de impresión de inyección de tinta, chips de ADN, tecnología de laboratorio en un chip, micropropulsión y tecnologías microtérmicas.

Tabla de contenidos

Microfluídica

Otros libros del autor

Serie de The Author

Microfluídica

Derechos de autor

Sobresueldo

Prefacio

Introducción

Reconocimientos

Dedicación

Epígrafe

Tabla de contenidos

Capítulo 1: Microfluídica

Capítulo 2: Microfluídica a base de gotas

Capítulo 3: Microfluídica digital

Capítulo 4: Microfluídica basada en papel

Capítulo 5: Cultivo celular microfluídico

Capítulo 6: Bomba electroosmótica

Capítulo 7: Ciencia de los materiales

Epílogo

Sobre el autor

Próximamente

Apéndices: Tecnologías emergentes en cada industria

Capítulo 1: Microfluídica

La microfluídica es el estudio, el control de precisión y la manipulación de fluidos que se limitan geométricamente a una escala pequeña (generalmente submilimétrica), donde las fuerzas de la superficie superan las fuerzas volumétricas. La ingeniería, la física, la química, la bioquímica, la nanotecnología y la biotecnología están involucradas en este campo multidisciplinario. Es útil en el diseño de sistemas que procesan pequeñas cantidades de fluidos para lograr multiplexación, automatización y cribado de alto rendimiento. La microfluídica apareció por primera vez a principios de la década de 1980 y ahora se emplea en la creación de cabezales de impresión de inyección de tinta, chips de ADN, tecnología de laboratorio en un chip, micropropulsión y tecnologías microtérmicas.

Normalmente, micro significa una de las siguientes características:

Volúmenes pequeños (μL, nL, pL, fL)

Tamaño pequeño

Bajo consumo de energía

Efectos de microdominio

Los sistemas microfluídicos a menudo transfieren, mezclan, segregan o procesan fluidos. Varias aplicaciones se basan en dispositivos modificadores de flujo capilar, como resistencias de flujo y aceleradores de flujo, para modular el flujo de fluidos de forma pasiva. Las técnicas de actuación externa también se utilizan en algunas aplicaciones para el movimiento de medios dirigidos. Los ejemplos incluyen motores rotativos que utilizan fuerzas centrífugas para mover fluidos en chips pasivos. La manipulación del fluido de trabajo por componentes activos (micro) como microbombas o microválvulas se conoce como microfluídica activa. Las microbombas se utilizan para proporcionar líquidos continuamente o para la dosificación. La dirección del flujo o el modo de movimiento de los líquidos bombeados está determinado por microválvulas. Los procesos que normalmente se realizarían en un laboratorio a menudo se miniaturizan en un solo chip, lo que aumenta la eficiencia y la movilidad al tiempo que disminuye las cantidades de muestras y reactivos.

Comportamiento a microescala de fluidos

A picture containing diagram Description automatically generated

Dispositivos microfluídicos de caucho de silicona y vidrio. Arriba: una fotografía de los dispositivos. Abajo: Micrografías de contraste de fase de un canal serpentino de ~15 μm de ancho.

El comportamiento del fluido a microescala difiere del comportamiento macrofluídico en que la tensión superficial, la disipación de energía y la resistencia fluídica comienzan a dominar el sistema. La microfluídica investiga cómo cambian estos comportamientos y cómo podrían evitarse o utilizarse para nuevas aplicaciones.

Algunas características fascinantes y a veces inesperadas emergen a pequeña escala (tamaños de canal que van desde 100 nanómetros hasta 500 micrómetros). El número de Reynolds (que compara el efecto del momento de un fluido con el efecto de la viscosidad) en particular puede alcanzar extremadamente bajo. A medida que el flujo se vuelve laminar en lugar de turbulento, los fluidos que fluyen conjuntamente no necesariamente se mezclan en el sentido habitual; la transferencia de moléculas entre ellos a menudo debe ocurrir a través de la difusión.

En las reacciones de uno y varios pasos, también se puede garantizar una gran especificidad de los parámetros químicos y físicos (concentración, pH, temperatura, fuerza de cizallamiento, etc.), lo que resulta en condiciones de reacción más uniformes y productos de mayor calidad.

Varios tipos de flujos microfluídicos

Los flujos microfluídicos solo necesitan estar limitados por la escala de longitud geométrica: las modalidades y los métodos utilizados para lograr tal restricción geométrica dependen en gran medida de la aplicación objetivo. Tradicionalmente, los flujos microfluídicos se han generado dentro de canales cerrados con la sección transversal del canal del orden de 10 μm x 10 μm. Cada uno de estos métodos tiene sus propias técnicas asociadas para mantener un flujo de fluido robusto que ha madurado durante varios años.

Microfluídica abierta

Alrededor de 2005, el comportamiento y control de fluidos en microcanales abiertos fueron pioneros y se aplicaron en la recolección de muestras de aire a líquido y la cromatografía. La microfluídica abierta implica eliminar al menos un límite del sistema, exponiendo el fluido al aire u otra interfaz(es decir, líquido). Los beneficios de la microfluídica abierta incluyen un fácil acceso al líquido que fluye para la intervención, una mayor superficie de líquido-gas y menos formación de burbujas. Otro beneficio de la microfluídica abierta es la capacidad de integrar sistemas abiertos con flujo de fluido impulsado por tensión superficial, eliminando la necesidad de métodos de bombeo externos como bombas peristálticas o de jeringa. El fresado, el termoformado y el estampado en caliente hacen que los dispositivos microfluídicos abiertos sean simples y económicos de fabricar. Además, la microfluídica abierta elimina la necesidad de pegar o unir una cubierta del dispositivo, lo que podría ser perjudicial para los flujos capilares. Los ejemplos de microfluídica abierta incluyen microfluídica de canal abierto, microfluídica basada en rieles, microfluídica basada en papel y microfluídica basada en hilos. Las desventajas de los sistemas abiertos incluyen evaporación, contaminación y un caudal limitado.

Microfluídica de flujo continuo

La microfluídica de flujo continuo se basa en controlar un flujo de líquido en estado estacionario a través de canales estrechos o medios porosos, principalmente acelerando o inhibiendo el flujo de fluido en elementos capilares. Los componentes capilares se pueden crear en microfluídica basada en papel simplemente cambiando la geometría de la sección. En general, se utilizan fuentes de presión externas, bombas mecánicas externas, microbombas mecánicas integradas o combinaciones de fuerzas capilares y mecanismos electrocinéticos para controlar el flujo de líquido. La técnica principal es la operación microfluídica de flujo continuo, ya que es fácil de implementar y menos susceptible a los problemas de ensuciamiento de proteínas. Los dispositivos de flujo continuo son adecuados para muchas aplicaciones bioquímicas bien definidas y simples, así como para ciertas tareas como la separación química, pero son menos apropiados para tareas que requieren un alto grado de flexibilidad o manipulaciones de fluidos. Debido a que los parámetros que gobiernan el campo de flujo varían a lo largo de la ruta de flujo, el flujo de fluido en cualquier ubicación depende de las propiedades de todo el sistema, estos sistemas de canal cerrado son inherentemente difíciles de integrar y escalar. Las microestructuras grabadas permanentemente también están limitadas en reconfigurabilidad y tolerancia a fallos. En los últimos años, se han propuesto enfoques de automatización de diseño asistido por computadora para microfluidos de flujo continuo para reducir el esfuerzo de diseño y resolver problemas de escalabilidad.

sensor de microfluido

Las capacidades de monitoreo de procesos en sistemas de flujo continuo se pueden lograr utilizando sensores de flujo microfluídico muy sensibles basados en tecnología MEMS con resoluciones tan bajas como el rango de nanolitros.

Microfluídica a base de gotas

File:Gas4psi LONDs26uLmin-1 50kfps x10lens.webm

La creación de pellizcos de microburbujas en un dispositivo microfluídico de enfoque de flujo se representa en una película de alta velocidad de fotogramas.

La microfluídica basada en gotas es una subcategoría de la microfluídica en contraste con la microfluídica continua; La microfluídica basada en gotas manipula volúmenes discretos de fluidos en fases inmiscibles con bajo número de Reynolds y regímenes de flujo laminar. El interés en los sistemas de microfluídica basados en gotas ha crecido sustancialmente en las últimas décadas. Las microgotas permiten manejar volúmenes en miniatura (μl a fl) de fluidos convenientemente, proporcionan una mejor mezcla, encapsulación, clasificación y detección, y se adaptan a experimentos de alto rendimiento. Explotar los beneficios de la microfluídica basada en gotas de manera eficiente requiere una comprensión profunda de la generación de gotas para realizar varias operaciones lógicas, como la manipulación de gotas, la clasificación de gotas, la fusión de gotas y la ruptura de gotas.

Microfluídica digital

Las nuevas estructuras abiertas que manipulan gotas discretas y controladas individualmente en un sustrato utilizando electrohumectación son alternativas a los sistemas de flujo continuo de canal cerrado anteriores. Este método se conoce como microfluídica digital, después de la analogía con la microelectrónica digital. El uso de fuerzas electrocapilares para mover gotas en una pista digital fue iniciado por Le Pesant et al. El pionero transistor de fluidos de Cytonix también tuvo un impacto. La Universidad de Duke pasó a comercializar la técnica. Una función microfluídica se puede simplificar a una colección