Novel Techniques for Flow and Particle Control in Microfluidic Systems

Abstract

En los últimos años, los dispositivos lab-on-a-chip están atrayendo mucho interés. Estos aparatos de tamaño reducido, son capaces de albergar en la misma oblea una o varias de las funcionalidades típicas de los laboratorios convencionales. De esta manera, pueden constituir una alternativa para un primer diagnóstico rápido. Sin embargo, presentan algunos inconvenientes. Entre ellos, queda por resolver el control del flujo de fluidos y el confinamiento de partículas en el interior de los microcanales. Así, en esta Tesis Doctoral, se presentan dos técnicas novedosas para solventar estos dos problemas mencionados. Por un lado, el efecto electrotermoplasmónico (ETP) y, por otro, la trampa de Paul. El primero se fundamenta en el uso de nanopartículas plasmónicas como fuentes de calor puntuales que, junto con la aplicación de un campo eléctrico alterno, conducen a la generación de flujos convectivos. Mientras que, la trampa de Paul permite el atrapamiento de partículas cargadas a través de un campo eléctrico alterno. Para evaluar la efectividad del control de flujo, se llevó a cabo una serie de experimentos y simulaciones mediante la plataforma de elementos finitos COMSOL Multiphysics para comparar con la teoría. Asimismo, se llevaron a cabo simulaciones electromagnéticas para analizar la dispersión y agregación de las nanopartículas de oro. Con respecto al control de grupos de partículas, se diseñó y construyó un modelo de trampa de Paul capaz de trabajar en un medio polar. Además, el modelo diseñado puede ser combinado con pinzas ópticas. Al igual que en el caso anterior, se presentan simulaciones. En definitiva, se han expuesto dos propuestas innovadoras que pueden resultar de utilidad para el desarrollo de futuros dispositivos lab-on-a-chip. Los resultados obtenidos son prometedores y, en un futuro, se podrían combinar de manera que se asegure el flujo adecuado de partículas a la región de trabajo.