Técnica de fabricación mecánica de biorreactores segunda parte.

Elastómeros

Los elastómeros consisten en cadenas de polímeros reticulados y son compresibles cuando se aplica fuerza externa, después de lo cual regresan a su forma original cuando se elimina la fuerza. El elastómero más utilizado es PMDS. Es un líquido de dos componentes, que es curable entre 40 y 80 ° C, y se puede emitir a una resolución nanométrica contra un patrón fotorresistente en una oblea de silicio. El PDMS puede unirse reversiblemente al vidrio u otra pieza de PDMS, o unirse irreversiblemente después de un tratamiento con plasma de oxígeno. PDMS es elástico, lo que permite su uso como válvulas neumáticas. Se coloca una capa delgada de PDMS (40 μm) entre dos capas de canal. Al aplicar presión sobre el canal superior, la membrana se empuja hacia el otro canal, bloqueándola efectivamente. De esta manera, se puede realizar una integración de alta densidad de válvulas (106 válvulascm − 2), así como bombas neumáticas, que se basan en tres válvulas. PDMS también es permeable a los gases, lo que lo convierte en un material excelente para sistemas de cultivo celular a largo plazo. Sin embargo, dado que el PDMS es una matriz porosa a nivel molecular, también es incompatible con solventes orgánicos, ya que adsorbe pequeñas moléculas hidrofóbicas y biomoléculas.

Termoestables

Los fotoprotectores negativos, como el SU-8 (una resina epoxi fotosensible) y la poliimida, se utilizan principalmente para moldes de microfabricación en obleas de silicio. Sin embargo, últimamente, también se han utilizado para crear microcanales. Cuando se calientan e irradian, los termosensantes se reticulan para formar redes rígidas, que son estables a altas temperaturas y resistentes a la mayoría de los solventes, a la vez que son ópticamente transparentes. También permite paredes laterales verticales con altas relaciones de aspecto. Con una unión adecuada, los dispositivos microfluídicos pueden fabricarse completamente en termoestables. Se puede lograr una buena unión entre SU8 y PDMS mediante el uso de un paso de silanización en fase gaseosa de SU8, el tratamiento con plasma de oxígeno de PDMS y el calentamiento bajo una ligera presión.

Termoplásticos

A diferencia de los termoestables, los termoplásticos se pueden remodelar después de ser curados. Se pueden remodelar varias veces recalentando alrededor de su temperatura de transición vítrea.

Los termoplásticos típicos utilizados en microfluídica son PMMA, policarbonato (PC), poliestireno (PS), tereftalato de polietileno (PET) y cloruro de polivinilo (PVC). Los termoplásticos se venden normalmente sólidos como láminas de plástico, que pueden cortarse con láser o termo-moldearse (o nanoimprimirse). Con nanoimpresión, es fácil hacer rápidamente miles de réplicas a bajo costo, pero requiere una plantilla de metal (dependiendo del tamaño de la característica, puede ser micromaquinado o fabricado con litografía de rayos X) o silicio. Este método no es muy económico para la creación de prototipos. Los termoplásticos deberán estar termoadhesivos a otros termoplásticos. Similar a PDMS, su superficie puede modificarse covalentemente, pero son más estables que PDMS. Por ejemplo, una superficie tratada con plasma de oxígeno puede mantener su hidrofilia por algunos años. Otros polímeros perfluorados de interés son TeflonPFA (perfluoroalcoxi) y TeflonFEP (etilenopropileno fluorado) ya que son extremadamente inertes a los productos químicos y solventes, antiadherentes y antiincrustantes. Además, son ópticamente transparentes, lo suficientemente suaves como para hacer valles y moderadamente permeables a los gases. Se pueden moldear térmicamente a alta temperatura (más de 280 ° C).

Hidrogeles

Los hidrogeles se parecen a la matriz extracelular (ECM) en la que las células están encapsuladas y, por lo tanto, se usan ampliamente para incrustar células. Los canales de microfluidos se pueden fabricar en los hidrogeles para suministrar soluciones, células u otras sustancias. Los hidrogeles son una red 3D de cadenas de polímeros hidrófilos con más del 99% de contenido de agua. Son altamente porosos permitiendo que las pequeñas moléculas o partículas se difundan a través de ellas. Como tal, los hidrogeles ofrecen una función similar a las vasculaturas naturales, permitiendo cultivos celulares 3D en masa. Debido a su baja densidad, los hidrogeles solo permiten características de microescala. Existen dos estrategias para estructurar hidrogeles: una está utilizando el método de escritura láser directo y la otra es la gelificación del hidrogel desde una boquilla móvil. Cuando se agregan células al hidrogel, este último se llama bioimpresión.

Papel

Últimamente, ha habido un creciente interés en la microfluídica en papel. El papel es una matriz altamente porosa hecha de celulosa con excelente capilaridad. Al hacer que ciertas áreas del papel sean hidrofóbicas, la solución acuosa puede guiarse a través de las regiones hidrofílicas por efecto capilar. Para obtener las regiones hidrofílicas, los métodos litográficos pueden aplicar una solución de polímero al papel. Otro método es cortar los canales en parafilm u otras películas de cera, y presionar el patrón en un trozo de papel con una prensa caliente. El papel tiene algunas ventajas: es barato; actúa como una bomba pasiva; el papel puede apilarse para hacer sistemas de microfluidos multicapa; y el papel puede filtrar partículas, como eliminar células sanguíneas de la sangre. También tiene algunas desventajas: el problema de evaporación del líquido de los canales abiertos; la integración de alta densidad es difícil porque el ancho mínimo del canal es de 200 μm; y el hecho de que solo se usan líquidos con tensiones de alta superficie.