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Microfluidos en papel

Los microfluidos a base de papel son dispositivos de microfluidos que constan de una serie de fibras hidrófilas de celulosa o nitrocelulosa que transportan fluido desde una entrada a través del medio poroso hasta una salida o región deseada del dispositivo, mediante acción capilar . [1] Esta tecnología se basa en la prueba de flujo lateral convencional que es capaz de detectar muchos agentes infecciosos y contaminantes químicos. La principal ventaja de esto es que es en gran medida un dispositivo controlado pasivamente a diferencia de los dispositivos de microfluidos más complejos. El desarrollo de dispositivos de microfluidos basados ​​en papel comenzó a principios del siglo XXI para satisfacer la necesidad de sistemas de diagnóstico médico portátiles y económicos .

Arquitectura

Los dispositivos de microfluidos basados ​​en papel presentan las siguientes regiones: [2]

Fluir

El movimiento de un fluido a través de un medio poroso como el papel se rige por los efectos de la permeabilidad (ciencias de la tierra) , la geometría y la evaporación . En conjunto, estos factores dan como resultado una penetración capilar limitada por evaporación que se puede ajustar controlando la porosidad y la geometría del dispositivo. [4] El papel es un medio poroso en el que el fluido se transporta principalmente por absorción y evaporación. [5] El flujo capilar durante la humectación se puede aproximar mediante la ecuación de Washburn , que se deriva de la ley de Jurin y la ecuación de Hagen-Poiseuille . [6] La velocidad promedio del flujo de fluido se generaliza como,

la tortuosidad[7]la deformación[8]

Una vez que el medio está completamente humedecido, el flujo posterior es laminar y sigue la ley de Darcy . [9] La velocidad promedio del flujo de fluido se generaliza como,

gradiente de presión[10]la difusión[11]

Fabricación

Los dispositivos de microfluidos basados ​​en papel se pueden fabricar en función de las dimensiones, es decir, 2D y 3D. [12] Para fabricar microfluidos 2D a base de papel, se pueden utilizar variaciones de métodos, como impresión con cera, impresión por inyección de tinta , fotolitografía , impresión flexográfica , tratamiento con plasma, tratamiento con láser, grabado (microfabricación) , serigrafía , procesamiento de luz digital (DLP) 3- Se han empleado una impresora D y un tamiz de cera. [13] Una mayor laminación de múltiples microfluidos de papel crea microfluidos pseudo-3D que podrían proporcionar una dimensión adicional de la red fluídica y aumentar la complejidad. Cada técnica tiene como objetivo crear barreras físicas hidrofóbicas sobre papel hidrofílico que transportan pasivamente soluciones acuosas. [14] Luego, los reactivos biológicos y químicos deben depositarse selectivamente a lo largo del dispositivo, ya sea sumergiendo el sustrato en una solución reactiva o aplicando localmente un reactivo sobre el sustrato. [15]

Impresión de cera

La impresión con cera utiliza una impresora simple para modelar cera sobre papel con el diseño deseado. Luego, la cera se derrite con una placa calefactora para crear canales. [16] Esta técnica es rápida y de bajo costo, pero tiene una resolución relativamente baja debido a la isotropía de la cera derretida.

Impresión de inyección de tinta

La impresión por inyección de tinta requiere recubrir el papel con un polímero hidrofóbico y luego colocar selectivamente una tinta que grabe el polímero para revelar el papel. [17] Esta técnica es de bajo costo y alta resolución, pero está limitada por la velocidad de colocar una gota de tinta a la vez.

Fotolitografía

Las técnicas fotolitográficas son similares a la impresión por inyección de tinta y utilizan una fotomáscara para grabar selectivamente un polímero fotorresistente . [18] Esta técnica tiene alta resolución y es rápida, pero tiene altos costos de equipo y materiales.

impresión DLP

Esta técnica utiliza una técnica de impresión DLP en la que los polímeros de resina fotocurables se exponen a luces para formar límites hidrofóbicos de microcanales abiertos en un papel poroso. Si los efectos de la evaporación son motivo de preocupación en la aplicación específica, entonces se pueden usar dos capas adicionales de resina curable en la parte superior e inferior del canal. Luego se limpia el exceso de resina sin curar con etanol. [19] Esta técnica tiene costos de equipo relativamente bajos y utiliza materiales fácilmente disponibles, lo que la convierte en un candidato prometedor para la producción en masa de dispositivos de diagnóstico en el lugar de atención .

Procesamiento de plasma

En esta técnica, el papel primero se vuelve hidrofóbico usando un agente hidrofobizante como AKD o polimerización por plasma de fluorocarbono , y luego se usa grabado con plasma de O 2 con una máscara para crear patrones hidrofílicos en el papel. Un beneficio de los procesos basados ​​en plasma es que los diseños y funcionalidades complejos, como canales completamente cerrados y semicerrados, [20] interruptores de flujo de encendido y apagado [21] y canales de control de flujo de fluido [22] , se pueden incorporar con relativa facilidad. Sin embargo, el costo de producción es relativamente más alto que el de otros métodos de fabricación.

Aplicaciones analíticas

Espectrometría de masas

La ionización por pulverización de papel se está desarrollando rápidamente como interfaz para microdispositivos analíticos basados ​​en papel μPAD y espectrometría de masas. La técnica, descrita por primera vez por el grupo de Graham Cook en Purdue, [23] implica aplicar un voltaje a una hoja triangular de papel húmedo cerca de la entrada de un espectrómetro de masas. Aunque no se comprende bien el mecanismo exacto, pueden ocurrir dos modos de operación: una pulverización multicono a altos caudales y una pulverización de un solo cono que se produce cuando se ha agotado el disolvente. [24] Esto es parte de un esfuerzo mayor para combinar manipulaciones complejas de microfluidos con detección espectral de masas. Las barreras hidrófobas de impresión con cera es un método común para crear distintos canales de flujo dentro de dispositivos de papel, y esto se ha extendido a μPAD-MS para mejorar la eficiencia de ionización (al permitir el enfoque de la corriente de analito) y permitir la mezcla de reacción mediante impresión con cera en el papel triangular. superficie. [25] También se han demostrado separaciones cromatográficas en μPAD antes de la detección con aerosol de papel. [26] Inicialmente, la ionización por pulverización de papel se aplicó para la detección de moléculas pequeñas, como productos farmacéuticos [27] y drogas de abuso. [28] Sin embargo, también se ha demostrado que la ionización con aerosol de papel puede ionizar proteínas grandes manteniendo interacciones no covalentes. [29]

Métodos de separación

Pocos detectores analíticos son verdaderamente específicos para una sola especie; por lo tanto, a menudo es necesario algún tipo de paso de separación antes de la detección. Además, la separación permite la detección de múltiples analitos dentro de una única plataforma. Las separaciones basadas en cromatografía plana (TLC) son quizás las más fáciles de implementar, ya que muchos μPAD se construyen con papel cromatográfico. Normalmente, el canal de separación se define imprimiendo con cera dos barreras hidrófobas. [30] La detección electroquímica es quizás la más común, [31] probablemente debido a su facilidad de implementación, aunque también se han utilizado la colorimetría , la quimioluminiscencia , [32] y la detección espectral de masas junto con las separaciones cromatográficas en papel. A pesar de la facilidad de implementación, la cromatografía plana se ve obstaculizada por una altura de placa relativamente baja (es decir, una eficiencia de separación deficiente). Desde que el grupo Chakraborty demostró la viabilidad del flujo electrocinético en μPAD, [33] han aparecido en la literatura varias aplicaciones de separaciones electroforéticas en μPAD. El grupo Crooks en UT-Austin demostró con éxito que las separaciones electroforéticas en μPAD se pueden lograr con voltajes aplicados relativamente bajos en comparación con los dispositivos electroforéticos convencionales debido a las altas intensidades de campo que se pueden generar en hojas muy delgadas (180 μm) de papel de origami. [34] También se pueden utilizar métodos de separación más simples en μPAD; por ejemplo, el grupo de Henry demostró la separación del plasma de la sangre completa utilizando membranas de separación de sangre. [35]

Control de flujo

Hay varias formas de controlar el flujo de fluido en los canales. Incluyen cambiar el ancho y largo del canal, alterar la humectabilidad del papel, desviar algo de fluido a través de un canal paralelo o cambiar la viscosidad del fluido. [36] El flujo en los PAD se puede apagar con puentes de azúcar solubles, tratamiento de descarga corona para alterar un recubrimiento en el papel de un estado hidrofóbico a hidrofílico, o el uso de un polímero expandible activado por el flujo para cerrar la ruta del flujo. [37]

Integración electrónica

La integración de plataformas de microfluidos y componentes electrónicos tiene el potencial de generar sistemas de análisis micro total (μTAS), que son dispositivos que incluyen y automatizan todos los pasos esenciales para la preparación y el análisis de muestras. [38] La electrónica del papel depende de estructuras funcionales como conductores que se fabrican en la superficie del papel, pero los microfluidos basados ​​en papel dependen de canales y barreras que se fabrican dentro del sustrato. [38] Esta incompatibilidad llevó a que la mayoría de µTAS se desarrollaran utilizando electrodos externos en contacto con los canales de papel. Sin embargo, en 2009, se integraron electrodos serigrafiados en un dispositivo de microfluidos de papel para crear un biosensor de glucosa, lactato y ácido úrico. [39] Este primer informe de integración electrónica para microfluidos basados ​​en papel ilustró cómo este material puede mejorar el diseño de estos µTAS debido a su versatilidad y bajo costo. Desde entonces, se han desarrollado una variedad de técnicas de fabricación de electrodos, incluida la serigrafía , la impresión por inyección de tinta , la deposición por pulverización catódica de metal , el dibujo a lápiz, la pirólisis inducida por láser y electrodos externos para crear una red de trazas conductoras.

Impresión de pantalla

La serigrafía es el método más popular para crear rastros electrónicos en papel. En este proceso, la tinta se transfiere a áreas de los canales de microfluidos de papel mediante una plantilla. Dungchai y col . demostró la detección electroquímica utilizando tinta de carbón serigrafiada para los electrodos de trabajo y contraelectrodos y tinta de plata/cloruro de plata como electrodo de referencia al final del canal de microfluidos. [39] Los electrodos serigrafiados en dispositivos de microfluidos basados ​​en papel se han utilizado no solo para desarrollar biosensores para metabolitos, [39] [40] [41] sino también para detectar bacterias [42] y metales pesados ​​[43] en alimentos y agua. La naturaleza escalable de este proceso hace que sea prometedor crear dispositivos electroquímicos a un costo ultrabajo adecuados para pruebas de campo. [44]

Impresión de inyección de tinta

Una técnica física prometedora es la impresión por inyección de tinta, que permite depositar materiales conductores de forma precisa y reproducible sobre el papel. [38] [45] Como prueba de concepto, Ko et al . desarrolló un chip eléctrico basado en papel utilizando una impresora de oficina doméstica, una tinta hecha de nanotubos de carbono y papel de revista. [46] De manera similar, se imprimieron nanopartículas de plata en canales de microfluidos para detectar cambios en la permitividad de los fluidos, revelando información sobre la concentración y las proporciones de mezcla. [47] Sin embargo, los grupos de investigación han descubierto que estas tintas que contienen nanopartículas pueden autoagregarse en el papel debido al secado desigual, lo que conduce a una cobertura no uniforme y respuestas no lineales. [45] Una técnica física prometedora es la impresión por inyección de tinta, que permite depositar materiales conductores de forma precisa y reproducible sobre el papel. [38] [45] [48] [49] En este sentido, el crecimiento controlado de nanopartículas puede ayudar a mejorar la conductividad y el rendimiento de detección. A medida que los grupos de semillas crecen y se interconectan dentro de las fibras del papel, las propiedades y la estructura del material final se pueden controlar mediante el proceso y las condiciones químicas. [50] Las condiciones típicas de un proceso de crecimiento consisten en iones metálicos disueltos en un entorno químico reductor. Una vez que las nanopartículas han crecido, se pueden funcionalizar con biomoléculas de reconocimiento para aumentar la especificidad y sensibilidad de los dispositivos de microfluidos. [51]

La impresión por inyección de tinta es compatible con una amplia variedad de materiales y es una tecnología prometedora no sólo para fabricar trazas conductoras, sino también para incorporar componentes electrónicos avanzados, como transistores, en dispositivos basados ​​en papel. [52]

pulverización metálica

La pulverización catódica de metales y óxidos metálicos es una de las técnicas más establecidas en la microfabricación de salas blancas. Este enfoque se ha adaptado para pulverizar electrodos de oro en dispositivos de microfluidos basados ​​en papel y ha demostrado un rendimiento excelente en la detección de ADN utilizando etiquetas de puntos cuánticos. [53] Un beneficio notable de emplear oro puro como material del electrodo es el potencial de aprovechar la química de monocapa autoensamblada , que facilita la funcionalización y la antiincrustación de la superficie del electrodo.

Dibujo a lápiz

La técnica del lápiz sobre papel es posiblemente la forma más sencilla y accesible de crear electrodos en microfluidos basados ​​en papel, ya que utiliza material de oficina común y económico. Aquí, se crean circuitos de grafito en el dispositivo de microfluidos de papel dibujando repetidamente con un lápiz. [54] [55] [56] Por ejemplo, este método de integración eléctrica se utilizó en un dispositivo de microfluidos de papel completamente dibujado a mano para la detección del cáncer en el lugar de atención. [56] Esta técnica sin disolventes permite crear µTAS improvisados ​​a base de papel. Sin embargo, el lápiz sobre papel también puede provocar una deposición no uniforme de grafito, lo que limita el rendimiento de estos circuitos dibujados a mano. [55] Además, aunque el proceso puede automatizarse, el procedimiento de dibujo repetido es poco escalable.

Pirólisis inducida por láser

La pirólisis de celulosa inducida por láser representa un método práctico para transformar el papel no conductor en un material similar al grafeno , ofreciendo así un medio fácilmente disponible para modelar electrodos en papel. [57] Los electrodos se crean in situ y conservan las propiedades porosas y absorbentes del sustrato de papel, al tiempo que demuestran una gran superficie electroactiva para la detección. [58] Dado que los electrodos son completamente permeables al flujo capilar, se pueden construir dispositivos de flujo electroquímico utilizando esta tecnología. Sin embargo, como método de fabricación sin reactivos, hay poco espacio para ajustar las propiedades de la superficie y la composición química de los electrodos resultantes.

Electrodos externos

El avance de tecnologías como la impresión 3D ha permitido la creación de electrodos utilizando equipos simples y de fácil acceso, lo que ha llevado a numerosos casos en los que estos electrodos se diseñan como unidades independientes y posteriormente se integran con dispositivos de microfluidos basados ​​en papel. Con este fin, ha habido varios ejemplos de patrones de electrodos termoplásticos y su uso para detección electroquímica, por ejemplo en análisis de inyección de flujo. [59]

Otro

Se han desarrollado otros métodos de integración física ( recubrimiento por pulverización o centrifugado , mezcla y filtración al vacío) para la electrónica de papel, [45] pero aún no se han implementado en dispositivos de microfluidos basados ​​en papel.

Aplicaciones

La principal ventaja de los dispositivos de microfluidos basados ​​en papel sobre los dispositivos de microfluidos tradicionales es su potencial para su uso en el campo en lugar de en un laboratorio. [60] [61] El papel de filtro es ventajoso en un entorno de campo porque es capaz de eliminar contaminantes de la muestra y evitar que se muevan por el microcanal. Esto significa que las partículas no inhibirán la precisión de los ensayos en papel cuando se utilicen al aire libre. [61] Los dispositivos de microfluidos basados ​​en papel también son de tamaño pequeño (aproximadamente unos pocos mm a 2 cm de largo y ancho) [61] [62] [63] en comparación con otras plataformas de microfluidos, como los dispositivos de microfluidos basados ​​en gotas, que A menudo se utilizan portaobjetos de vidrio de hasta 75 mm de longitud. [64] [65] Debido a su pequeño tamaño y material relativamente duradero, los dispositivos de microfluidos basados ​​en papel son portátiles. [60] [61] Los dispositivos basados ​​en papel también son relativamente económicos. El papel de filtro es muy barato, al igual que la mayoría de los agentes de modelado utilizados en la fabricación de microcanales, incluidos PDMS y cera. La mayoría de los principales métodos de fabricación basados ​​en papel tampoco requieren costosos equipos de laboratorio. [60] Estas características de los microfluidos en papel los hacen ideales para pruebas en el lugar de atención , particularmente en países que carecen de herramientas de diagnóstico médico avanzadas. [61] Los microfluidos basados ​​en papel también se han utilizado para realizar pruebas ambientales y de seguridad alimentaria. [66] [67] [68] [69] Los principales problemas en la aplicación de esta tecnología son la falta de investigación sobre las técnicas de control de flujo, la exactitud y la precisión, la necesidad de procedimientos de operador más simples en el campo y el escalado. de producción para satisfacer los requisitos de volumen de un mercado global. [37] Esto se debe en gran medida al enfoque de la industria en utilizar los actuales canales de fabricación basados ​​en silicio para comercializar tecnologías LOC de manera más eficiente y económica. [70]

Para diagnóstico

El objetivo original de los microfluidos basados ​​en papel (μPAD) era fabricar dispositivos de punto de atención (POC) de bajo costo y fáciles de usar que puedan operarse sin la asistencia de personal médico o de cualquier otro especialista calificado en áreas con recursos limitados y zonas rurales. [71] Para lograr este objetivo, μPAD debe cumplir con los criterios "Asequible, Sensible, Específico, Fácil de Usar, Rápido y Robusto, Sin Equipo, Entregar", proporcionados por la Organización Mundial de la Salud (OMS), que son los requisitos para pruebas de diagnóstico para entornos con recursos limitados. [71] [72] [73] Sin embargo, en la "Guía para ayudar a la selección de pruebas de diagnóstico" oficial de POC, se afirma que estos criterios son genéricos y pueden modificarse según la aplicación de la prueba. [72] El principal problema del diagnóstico de microfluidos en papel es que la investigación en este campo se dirige a proporcionar nuevos conceptos e ideas en lugar de mejorar la aceptación del usuario y, como resultado, la mayoría de los dispositivos μPAD aún no pueden ser interpretados por personas no profesionales. usuarios. [74] Sin embargo, POC no es la única aplicación de microfluidos en papel para diagnóstico. Recientemente, se utilizó un artículo en la producción de dispositivos analíticos de microfluidos más complicados, llamados dispositivos de laboratorio en un chip (LOC), que también se utilizan en diagnóstico. El uso de papel para fabricar dispositivos LOC en lugar de polidimetilsiloxano (PDMS) y vidrio puede reducir el costo y el tamaño y, al mismo tiempo, aumentar la portabilidad. Esto permite que los dispositivos LOC sean más accesibles en condiciones de recursos limitados. [75]

Uso de microfluidos de papel en la clasificación sanguínea.

Recientemente, se han utilizado microfluidos de papel en la fabricación de numerosas pruebas inmunológicas. Khan et al. en 2010 investigó un dispositivo de tipificación sanguínea basado en el principio de que la aglutinación de glóbulos rojos , provocada por la interacción de un antígeno específico , disminuye drásticamente la absorción y el transporte de la sangre en papel o medios cromatográficos . [76] El concepto se exhibió con un prototipo de dispositivo de microfluidos a base de papel, hecho de un papel de filtro moldeado en una zona central con tres canales extendidos. Cada canal se trata con una solución diferente de anticuerpo (Epiclone Anti-A, Anti-B y Anti-D). [76] Dado que los μPAD se crearon específicamente para su uso en condiciones de escasez de recursos, es muy importante proporcionar la capacidad de analizar muestras reales como sangre y orina humanas no tratadas previamente . [77] Este dispositivo está construido para analizar muestras de sangre completa , lo cual es un paso importante para aumentar la aceptación por parte del usuario de los diagnósticos de microfluidos en papel. El análisis se basa en el comportamiento de absorción de la sangre o de la mezcla de anticuerpos sobre el papel. La mezcla de muestras de sangre con anticuerpos de inmunoglobulina M , específicos para cada grupo sanguíneo , provoca la aglutinación de los glóbulos rojos (RBC) mediante puentes de polímero tras la adsorción en los antígenos de RBC correspondientes, y se produce la separación cromatográfica de la muestra en un determinado canal del dispositivo. Al mismo tiempo, la separación no ocurre en las manos empapadas en anticuerpos no específicos y la muestra de sangre se debilita como una solución uniforme y estable . A partir de la evidente diferencia en el transporte de solución y la apariencia del canal, se puede identificar el efecto de separación para la determinación del tipo de sangre. [78] [60] [76]

Noiphung et al. en 2014 siguió un enfoque en la tipificación sanguínea con microfluidos en papel que utiliza anticuerpos para causar la aglutinación de los glóbulos rojos, y el grupo diseñó un nuevo dispositivo analítico en papel (PAD) para la clasificación sanguínea que se puede usar para la realización sincrónica de Rh y avance y retroceso del grupo sanguíneo ABO en el mismo dispositivo. [79] La agrupación directa es un procedimiento de tipificación sanguínea mediante el cual los glóbulos rojos del paciente se mezclan con reactivos Anti-A y Anti-B. Por otro lado, la tipificación inversa es un procedimiento de tipificación sanguínea en el que el suero del paciente se mezcla con células A reactivas y células B reactivas. Los resultados deberían ser opuestos a los de escribir hacia adelante. [80] El dispositivo diseñado tiene dos lados: el lado delantero (F), hecho de papel de cromatografía con tres canales manchados con 1,5 ml de soluciones de anticuerpos Anti-A, Anti-B y Anti-D cada uno, y el lado reverso (R). fabricado con membrana de separación de sangre y conectado a canales de anticuerpos tipo A y tipo B. El PAD se fabrica utilizando una combinación de tecnologías de inmersión en cera para unir el papel de cromatografía Whatman y la membrana de separación de sangre. El dispositivo incluía tres canales impresos en cera para agrupación directa, dos de los cuales también se aplicaron para agrupación inversa. Si bien el lado R era capaz de analizar muestras de sangre completa, el grupo de Noiphung descubrió que las muestras de sangre completa son demasiado viscosas para aplicarse directamente en el lado de papel del dispositivo. Durante el experimento, se determinó que la proporción óptima de dilución sangre-agua es 1:2. La tipificación sanguínea se ejecutó midiendo la proporción de glóbulos rojos (RBC) y las distancias de transporte de plasma . La precisión de los PAD propuestos en el grupo sanguíneo fue del 92%, 85%, 89%, 93% y 96% para los tipos de sangre A, B, AB, O y Rh+, respectivamente. [79] [78] [76]

Detección de glucosa

Se han diseñado dispositivos de microfluidos en papel para controlar una amplia variedad de dolencias médicas. La glucosa juega un papel importante en la diabetes y el cáncer, [81] y puede detectarse mediante un ciclo catalítico que involucra glucosa oxidasa , peróxido de hidrógeno y peroxidasa de rábano picante que inicia una reacción entre la glucosa y un indicador de color, frecuentemente yoduro de potasio , en un papel. Dispositivo de microfluidos basado en. [81] Este es un ejemplo de detección colorimétrica . El primer dispositivo de microfluidos basado en papel, desarrollado por el grupo de George Whitesides en Harvard, fue capaz de detectar simultáneamente proteínas y glucosa mediante reacciones de cambio de color ( reacción de yoduro de potasio para la glucosa y reacción de azul de tetrabromofenol para la proteína BSA ). [61] La parte inferior del dispositivo de papel se inserta en una solución de muestra preparada en el laboratorio y se observa la cantidad de cambio de color. [61] Más recientemente, se desarrolló un dispositivo de microfluidos basado en papel que utiliza detección colorimétrica para cuantificar la glucosa en el plasma sanguíneo. El plasma sanguíneo se separa de las muestras de sangre completa en un dispositivo impreso con cera, donde los glóbulos rojos son aglutinados por anticuerpos y el plasma sanguíneo puede fluir a un segundo compartimento para la reacción de cambio de color. [62] La detección electroquímica [82] también se ha utilizado en estos dispositivos. Proporciona una mayor sensibilidad en la cuantificación, mientras que la detección colorimétrica se utiliza principalmente para evaluaciones cualitativas. [60] [81] Se han utilizado electrodos serigrafiados [83] y electrodos impresos directamente sobre papel de filtro [84] . Un ejemplo de un dispositivo de microfluidos basado en papel que utiliza detección electroquímica tiene forma de mancuerna para aislar el plasma de la sangre total. [84] La corriente del peróxido de hidrógeno producido en el ciclo catalítico antes mencionado se mide y se convierte en concentración de glucosa. [84]

Dispositivos 3D para detección de glucosa

El grupo de Whitesides también desarrolló un dispositivo de microfluidos 3D basado en papel para la detección de glucosa que puede producir curvas de calibración en un chip debido al diseño mejorado del flujo de fluido. [85] Este dispositivo 3D consta de capas de papel estampadas con canales de microfluidos que están conectados por capas de cinta adhesiva de doble cara con agujeros. Los orificios en la cinta permiten el flujo entre canales en capas alternas de papel, por lo que este dispositivo permite rutas de flujo más complicadas y permite la detección de múltiples muestras en una gran cantidad (hasta ~1000) de zonas de detección en la última capa de papel. . [85] Más recientemente, se desarrollaron dispositivos de microfluidos 3D basados ​​en papel ensamblados mediante origami . [86] A diferencia del diseño de Whitesides, estos dispositivos utilizan una sola capa de papel estampado que luego se dobla en varias capas antes de inyectar la solución de muestra en el dispositivo. [86] Posteriormente, el dispositivo se puede desplegar y cada capa del dispositivo se puede analizar para la detección simultánea de múltiples analitos. [86] Este dispositivo es más simple y menos costoso de fabricar que el dispositivo antes mencionado que utiliza múltiples capas de papel. [85] [86] La mezcla entre los canales en las diferentes capas no fue un problema en ninguno de los dispositivos, por lo que ambos dispositivos lograron cuantificar la glucosa y la BSA en múltiples muestras simultáneamente. [85] [86]

Pruebas medioambientales y de seguridad alimentaria.

Los dispositivos de microfluidos basados ​​en papel tienen varias aplicaciones fuera del campo médico. Por ejemplo, los biosensores basados ​​en papel se han utilizado ampliamente en el monitoreo ambiental . [66] [67] [68] [69] Recientemente se desarrollaron dos dispositivos para la detección de Salmonella [67] y E. coli . [66] Este último dispositivo se utilizó específicamente para detectar E. coli en siete muestras de agua de campo de Tucson , Arizona . [66] Se cargaron partículas de poliestireno conjugadas con anticuerpos en el medio del canal de microfluidos, después de la entrada de la muestra. La inmunoaglutinación se produce cuando muestras que contienen Salmonella o E. coli , respectivamente, entran en contacto con estas partículas. [66] [67] La ​​cantidad de inmunoaglutinación se puede correlacionar con una mayor dispersión de la luz de Mie , que se detectó con una aplicación especializada para teléfonos inteligentes bajo luz ambiental. [66] [67] Los microfluidos basados ​​en papel también se han utilizado para detectar pesticidas en productos alimenticios, como el jugo de manzana y la leche. [68] Un diseño reciente utilizó impresión de inyección de tinta piezoeléctrica para imprimir papel con la enzima acetilcolinesterasa (AChE) y el sustrato acetato de indofenilo (IPA), y este dispositivo de microfluidos basado en papel se usó para detectar pesticidas organofosforados ( inhibidores de AChE ) mediante una disminución en color azul-violeta. [68] Este dispositivo se distingue por el uso de papel bioactivo en lugar de compartimentos con reactivos previamente almacenados, y se demostró que tiene una buena estabilidad a largo plazo, lo que lo hace ideal para uso en el campo. [68] Un diseño de microfluidos basado en papel más reciente utilizó un sensor, que consta de ADN monocatenario (ADNss) marcado fluorescentemente junto con óxido de grafeno , en su superficie para detectar simultáneamente metales pesados ​​y antibióticos en productos alimenticios. [69] Los metales pesados ​​aumentaron la intensidad de la fluorescencia, mientras que los antibióticos disminuyeron la intensidad de la fluorescencia. [69] Recientemente, los dispositivos basados ​​en papel se han vuelto muy atractivos para fabricar dispositivos analíticos económicos, desechables y convenientes para la determinación de fosfato reactivo en agua. Estos dispositivos utilizan el protocolo azul de molibdeno para la detección de fosfato. [87]

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