Control y medición del comportamiento de fase de las soluciones acuosas utilizando microfluidos

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Ingeniería Química Ingeniería Química.
• La biofísica es la biofísica.

Sus antecedentes:

• La caracterización de las mezclas de fluidos multicomponentes y sus diagramas de fase es crucial para diversas aplicaciones científicas e industriales.
• Los métodos tradicionales para la determinación del diagrama de fases pueden consumir mucho tiempo y requieren grandes volúmenes de muestras.
• El control de la concentración de soluto en la microescala presenta desafíos únicos.

Objetivo del estudio:

• Para diseñar y validar un dispositivo microfluídico, el Chip de Fase, para la medición precisa y la manipulación de diagramas de fase de fluidos multicomponentes.
• Para utilizar la permeación controlada de agua a través del poli (dimetilsilóxano) (PDMS) para el ajuste dinámico de la concentración de soluto en microgotas.
• Para demostrar la utilidad del dispositivo en la medición de diagramas de fase y la mejora de la cristalización de proteínas.

Principales métodos:

• El dispositivo Phase Chip fue diseñado para crear y manipular microgotas acuosas de nanolitros que contienen solutos.
• Se empleó la permeación de agua a través de PDMS para alterar de manera controlable las concentraciones de soluto dentro de las microgotas.
• La ecuación de difusión se utilizó para modelar la permeación del agua, con resultados experimentales que muestran un buen acuerdo con las predicciones teóricas.
• Las gotas fueron compuestas secuencialmente, transportadas utilizando la tensión superficial y almacenadas en pozos para la variación y medición simultáneas de la concentración.

Principales resultados:

• El Chip de Fase midió con éxito el diagrama de fase de una mezcla de polímero / sal en el chip, con resultados validados fuera del chip.
• El dispositivo demostró la capacidad de mejorar las tasas de cristalización de proteínas mediante la manipulación de la nucleación y la cinética de crecimiento.
• Los datos experimentales mostraron una buena concordancia con el modelo de ecuación de difusión para la permeación del agua.

Conclusiones:

• El Chip de Fase es una herramienta microfluídica eficaz para medir y manipular diagramas de fase de fluidos multicomponentes.
• El dispositivo ofrece un control preciso sobre las concentraciones de soluto en la escala del nanolitro.
• Las aplicaciones incluyen la determinación precisa del diagrama de fase y la optimización de procesos biofísicos como la cristalización de proteínas.