La colaboración Potomac – UMBC para desarrollar nuevas técnicas de fabricación para dispositivos microfluídicos muestra resultados tempranos y prometedores.
La microfluídica es la ciencia que se ocupa del diseño, la fabricación y el desarrollo de dispositivos y procesos que manejan volúmenes extremadamente pequeños de fluidos para diversos tipos de aplicaciones, como la detección, el descubrimiento de fármacos, la energía alternativa y los diagnósticos en el punto de atención. Los procesos de prueba y análisis que normalmente se llevarían a cabo en un laboratorio ahora se han miniaturizado y se pueden llevar a cabo en un solo chip para mejorar la eficiencia y la movilidad, así como para reducir los volúmenes de muestras y reactivos. Recientemente, Potomac y sus socios de la UMBC y Potomac Mesosystems se han embarcado en varios proyectos para desarrollar nuevas tecnologías de fabricación microfluídica.
Termistores de montaje en superficie para calefacción y detección.
En nuestro primer estudio, estamos investigando el uso de termistores submilimétricos como fuentes de calor y sensores de temperatura combinados. Estamos utilizando los termistores de coeficiente de temperatura negativo más pequeños con un tamaño de 0,3 mm x 0,6 mm (tamaño 0201).
Cuando se utilizan termistores para detectar la temperatura, normalmente se tiene mucho cuidado para evitar que se calienten por sí solos debido a la corriente de detección. En nuestro caso, calentamos deliberadamente el termistor y monitoreamos su resistencia para inferir su temperatura. Esto nos brinda una pequeña fuente de calor con una temperatura que se mide fácilmente y que se puede colocar cerca de un canal microfluídico.
Debido a los complejos patrones de flujo de calor en una estructura microfluídica típica, resulta muy útil utilizar un programa de modelado 3D para estimar las distribuciones de temperatura, la potencia de entrada requerida, las constantes de tiempo de enfriamiento y otros parámetros importantes. Los bocetos de la izquierda muestran una sección transversal de un diseño simple de calentador de termistor y los resultados de un modelo Comsol de la distribución de temperatura correspondiente. Ahora estamos construyendo y modelando varias configuraciones de un solo termistor.
Un sensor de flujo de “termistor caliente” para microfluídica
En la literatura se ha informado de una gran variedad de sensores de flujo microfluídicos basados en calentadores micromaquinados y RTD. Los sensores de flujo de hilo caliente (el análogo de los anemómetros de hilo caliente) se encuentran entre los más simples, ya que se pueden fabricar con un solo calentador con una relación bien definida entre resistencia y temperatura. La implementación requiere solo un calentador resistivo fabricado a partir de un conductor muy estrecho y delgado que se coloca cerca de una corriente de flujo microfluídico. El calentador se coloca cerca de un fluido calentado con una corriente de accionamiento, y su temperatura se ve influenciada por el efecto de enfriamiento del flujo de fluido cercano. Un flujo más alto proporciona más enfriamiento y temperaturas de calentador más bajas. La calibración de la temperatura (es decir, la resistencia) frente al flujo da como resultado un monitor de flujo simple. Las dimensiones del calentador son típicamente tales que la fabricación se realiza mediante el modelado fotolitográfico de una película metálica de espesor submicrónico. Para una buena sensibilidad, el calentador debe tener un coeficiente térmico de resistividad alto.
Recientemente hemos demostrado que un pequeño termistor NTC de montaje superficial puede sustituir a la película metálica fina estampada, con importantes implicaciones para la reducción de los pasos del proceso y los costes asociados a la fabricación, y una mayor velocidad y simplicidad en la creación rápida de prototipos de sensores de flujo integrados. El coeficiente de temperatura muy elevado de los termistores proporciona una buena sensibilidad al flujo, y el uso de técnicas de montaje electrónico de montaje superficial simplifica la fabricación.
En un trabajo realizado en el laboratorio de Potomac, Amir Harandi, estudiante de doctorado en la UMBC, fabricó un sensor de flujo de termistor caliente como el que se muestra a la derecha. El canal microfluídico tenía una sección transversal de 300 micrones x 600 micrones, y en los experimentos se utilizó un termistor NTC de 2 Kohm con un tamaño de paquete 0201. Los resultados experimentales se resumen a continuación y demuestran la variación relativamente grande de la salida eléctrica producida por caudales entre 0 y 50 ul/min.
La disponibilidad de herramientas de microfabricación en Potomac, como láseres, microfresadoras, unión de plásticos, estampado en caliente, dispensación y equipos de selección y colocación, permite la fabricación de prototipos microfluídicos que incorporan electrónica en tan solo unas horas.
Durante más de 30 años, Potomac Photonics ha sido líder en microfabricación y perforación de orificios pequeños. Los servicios por contrato de Potomac abarcan desde la creación de prototipos hasta la producción, ayudando a los clientes a desarrollar productos en miniatura y llevarlos al mercado. Al utilizar tecnología de fabricación de vanguardia , Potomac ha sido reconocida tanto por agencias comerciales como gubernamentales por su innovación en áreas como dispositivos médicos, electrónica, aeroespacial y fabricación de automóviles. Las instalaciones de alta tecnología de Potomac, ubicadas en bwtech@UMBC Research and Technology Park , cuentan con las certificaciones ISO 9001 e ISO 13485. Visite el sitio web en www.potomac-laser.com
