Diseño e investigación de un chip microfluídico de mezcla pasiva para la detección de iones de cobre

Área de la Ciencia:

• Microfluídica
• Ingeniería Química
• Química Analítica

Sus antecedentes:

• El flujo laminar en los microcanales se basa en la lenta difusión molecular para la mezcla.
• Esta limitación de difusión dificulta el rendimiento del chip microfluídico, especialmente en aplicaciones como la detección de metales pesados.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un chip microfluídico de alto rendimiento que utilice estrategias de mezcla pasiva.
• Mejorar significativamente la eficiencia de mezcla en dispositivos microfluídicos para mejorar la detección de iones de metales pesados.

Principales métodos:

• Se diseñó un chip microfluídico con canales de sección transversal variable, incorporando codos centrífugos de polarización y cambios periódicos de diámetro.
• Se simuló el flujo de fluidos a varios números de Reynolds (0,5 a 1,0) en condiciones laminares.
• Se fabricó el chip mediante impresión 3D y se validó el rendimiento mediante experimentos colorimétricos y ICP-MS para la detección de iones de cobre.

Principales resultados:

• Se logró una eficiencia de mezcla óptima (índice de mezcla de fracción másica de 0,9998) a un número de Reynolds de 0,5 con una baja caída de presión (0,1502 Pa).
• Los resultados experimentales mostraron una alta consistencia con las simulaciones, con valores de detección que coinciden con el 101,99% de una solución completamente mezclada.
• El chip desarrollado demostró un rendimiento de mezcla superior en comparación con dispositivos microfluídicos similares existentes.

Conclusiones:

• El chip microfluídico propuesto con canales de sección transversal variable ofrece excelentes capacidades de mezcla pasiva.
• Esta tecnología es muy adecuada para promover la aplicación de chips microfluídicos en campos de detección sensibles, como el análisis de metales pesados.