Топ-100
Indietro

ⓘ Microfluidica su carta




                                     

ⓘ Microfluidica su carta

Per microfluidica su carta si intende lo sviluppo di dispositivi a microfluidi su carta cominciato agli inizi del Terzo Millennio per venire incontro alla necessità di sistemi di diagnosi clinica portatili, economici e semplici da utilizzare. Tali dispositivi in genere consistono in una serie di fibre di cellulosa idrofile o di nitrocellulosa che guidano il liquido da unentrata ad unapposita uscita tramite imbibizione.

                                     

1. Struttura del dispositivo

Generalmente un dispositivo su carta di questo tipo è costituito dalle seguenti regioni:

  • Canali channels: reti idrofile di dimensioni sub-millimetriche che guidano il liquido attraverso il dispositivo.
  • Barriere barriers: regioni idrofobiche che impediscono al liquido di fuoriuscire dal canale.
  • Entrata inlet: un substrato tipicamente cellulosa dove i liquidi vengono depositati.
  • Uscite outlets: punti dove una reazione biochimica ha luogo.
                                     

2. Flusso attraverso il dispositivo

La carta è un mezzo poroso in cui il fluido viene trasportato principalmente tramite traspirazione wicking ed evaporazione. Il flusso capillare durante lumidificazione si può approssimare tramite lequazione di Washburn, derivata dalla legge di Jurin e dallequazione di Hagen-Poiseuille. La velocità media del fluido viene generalizzata come segue:

dove γ {\displaystyle \gamma } è la tensione superficiale, θ {\displaystyle \theta } langolo di contatto, η {\displaystyle \eta } la viscosità e L {\displaystyle L} è la distanza percorsa dal liquido. Modelli più approfonditi tengono conto del raggio dei pori, della tortuosità della carta e della sua deformazione nel tempo.

Una volta che il mezzo è completamente bagnato, il flusso diventa laminare e segue la legge di Darcy. La velocità media del flusso di liquido è generalizzata come:

dove K {\displaystyle K} è la permeabilità del mezzo e ▽ P {\displaystyle \triangledown P} è il gradiente di pressione. Una conseguenza del flusso laminare è che il mescolamento è difficile ed è basato solamente sulla diffusione, che è più lenta nei sistemi porosi.
                                     

3. Tecniche di manifattura

I dispositivi a microfluido si possono preparare usando varie tecniche. Ogni tecnicha punta a creare barriere fisiche ed idrofobiche su una carta idrofila che trasporta passivamente soluzioni acquose. I reagenti chimici e biologici devono essere depositati selettivamente lungo il dispositivo immergendo il substrato in una soluzione del reagente o depositando un reagente sopra il substrato.

                                     

3.1. Tecniche di manifattura Wax printing

La stampa a cera usa una semplice stampante per modellare la cera sulla carta a piacimento. La cera viene poi sciolta sopra una piastra riscaldante al fine di creare i canali. Questa tecnica è veloce e a basso costo, ma ha una risoluzione relativamente bassa a causa della non isotropia della cera sciolta.

                                     

3.2. Tecniche di manifattura Inkjet printing

La stampa ad inchiostro richiede una carta rivestita da un polimero idrofobico. Si piazza poi un inchiostro che incide il polimero rivelando la carta sottostante. Questo metodo è economico e ad alta risoluzione, ma è limitato dalla velocità di deposizione delle gocce di inchiostro in genere una goccia per volta.

                                     

3.3. Tecniche di manifattura Fotolitografia

Le tecniche fotolitografiche sono simile alla stampa a getto dinchiostro e usano una fotomaschera photomask per incidere selettivamente un polimero di fotoresist. Questa tecnica garantisce alta risoluzione e velocità, tuttavia lapparecchiatura richiesta così come i materiali non la rendono molto economica.

                                     

4. Applicazioni

Panoramica

Il vantaggio principale di dispisitivi a microfluido su carta rispetto a quelli tradizionali e il loro uso direttamente sul campo piuttosto che in laboratorio. La carta da flltro è molto vantaggiosa a questo proposito perché è capace di rimuovere i contaminanti dal campione e prevenire che si diffondano nel microcanale. Questo significa che le particelle non inibiscono laccuratezza delle analisi su carta quando questi dispositivi sono usati allaperto. Questi dispositivi sono inoltre molto piccoli dellordine dei centimetri rispetto ad altre piattaforme come quelli a goccia di liquido. Per via della loro piccola taglia e lunga durabilità, i dispositivi qui descritti sono portatili e convenienti.