Probablemente todos lo hayáis experimentado: la formación de burbujas de aire en microfluídica es un fenómeno muy habitual y, en el peor de los casos, puede echar por tierra por completo un experimento de varios días.
En otros casos, aunque no estropeen el experimento, las burbujas de aire pueden influir en el resultado obtenido, lo que puede resultar perjudicial a la hora de publicar los resultados. Estas burbujas aparecen en distintos momentos: durante la carga del chip microfluídico, durante una intervención en el propio dispositivo microfluídico o tras un periodo de reposo en la incubadora. Afortunadamente, hoy en día existen dispositivos que permiten manipular el chip evitando la formación de burbujas de aire.
En este artículo, analizaremos en primer lugar por qué se forman estas burbujas de aire. A continuación, te daremos consejos y trucos para evitarlas, así como dispositivos que te garantizarán que no se formen burbujas en tu dispositivo microfluídico.
¿Por qué aparecen burbujas de aire?
Hay que tener en cuenta muchos parámetros a la hora de decidir utilizar la microfluídica como herramienta principal para los experimentos científicos. De hecho, es probable que se forme una burbuja de aire cuando existen pequeñas irregularidades en la superficie (núcleos de Harvey), conocidas como «catalizadores», que pueden atrapar unos pocos nanolitros de aire. Estos pocos nanolitros de aire pueden quedar atrapados con la única condición de que el ángulo de contacto del líquido instilado en ese punto presente una baja humectabilidad. El tamaño de esta burbuja variará si cambian las condiciones de temperatura y presión.
La elección de los materiales, el tipo de fabricación y el recubrimiento serán factores decisivos en la aparición de burbujas de aire. Estas decisiones cobrarán aún más importancia si el dispositivo microfluídico es de fabricación casera.
Por desgracia, esta no es la única forma de generar burbujas de aire en el dispositivo microfluídico. De hecho, la otra forma consiste en introducir la burbuja de aire en el interior del dispositivo, no de forma intencionada, por supuesto, sino interviniendo en el chip. El ejemplo más habitual es el suministro de una segunda solución (fármaco, colorantes, células, etc.) mediante una conexi tube . Este paso es fundamental, ya que si se olvida una burbuja de aire en el « tube », se permitirá su introducción y, potencialmente, su migración a otra región del dispositivo, lo que perjudicará el experimento.
Durante los experimentos microfluídicos pueden aparecer burbujas de aire si uno o varios racores tienen fugas. Varios usuarios también han señalado que el PDMS, que es un material poroso, puede introducir burbujas de aire en el interior del dispositivo microfluídico, sobre todo tras un uso prolongado.
Por último, otro aspecto fundamental es el gas disuelto. De hecho, el gas presente en estado gaseoso en los líquidos utilizados durante el experimento puede provocar la formación de burbujas de aire en caso de un cambio repentino de temperatura y presión.
Los cambios de presión también pueden provocar la desorción de una capa de aire presente en la pared de un microcanal.
💡Consejos y trucos para evitar las burbujas de aire
- Al añadir un segundo líquido al chip, hay que dejar que su temperatura se equilibre con la del primer líquido presente en el chip. Una diferencia de temperatura entre ambos líquidos podría aumentar el tamaño de las burbujas ya existentes debido a los núcleos de Harvey.
- A menudo se observa la presencia de núcleos de Harvey cuando se utiliza PDMS para fabricar dispositivos microfluídicos. Una de las formas de evitar una baja humectabilidad del ángulo de contacto del fluido con la pared es aumentar la hidrofilia mediante un tratamiento con plasma de oxígeno o funcionalizando la superficie mediante la adición de grupos hidrofílicos (tratamiento superficial).
- Comprueba la estanqueidad del sistema entre las diferentes partes del chip, pero también la del dispositivo en su conjunto (conectores, etc.). Tal y como se observa en la reseña sobre los volúmenes en microfluídica, los conectores son fuentes de volumen muerto, pero también de burbujas de aire. Para asegurarte de que el sellado se realiza correctamente, puedes utilizar pegamentos o resinas epoxi.
- Otro aspecto que hay que tener en cuenta en relación con los conectores es reducir su número al mínimo estrictamente necesario.
Dispositivos para evitar la formación de burbujas de aire en los chips microfluídicos
Si estás harto de que tus experimentos de microfluídica salgan mal por culpa de las burbujas de aire, ¡estos dispositivos son para ti! En esta sección, Darwin Microfluidics ha seleccionado especialmente para ti tres dispositivos que reducen las burbujas de aire.
Sistema de trampa de burbujas
El colector de burbujas es un dispositivo pasivo que presenta varias ventajas, entre las que destacan:
- Eliminación de burbujas en línea, con o sin conexión « vide »
- Evita la formación de burbujas de aire cerca de las celdas
- Fácil sustitución de las membranas para evitar la contaminación
Esta trampa de burbujas tiene una PTFE membrana. La solución que contiene burbujas se introduce en el separador y las burbujas se eliminan a través de una membrana de teflón microporosa. Opcionalmente, puedes conectar una bomba vide a la salida trasera del separador (modo activo) para aumentar su rendimiento. No obstante, el separador suele ofrecer un rendimiento significativo en la retención de burbujas en la mayoría de las configuraciones, incluso sin bomba conectada (modo pasivo).
Válvula de inyección / cierre
Esta válvula te permitirá trabajar con tu dispositivo sin tener que desconectar y volver a conectar tu tube, lo que puede provocar la formación de burbujas de aire.
Válvulas de conmutación manual de 4 vías
Estas válvulas manuales son adecuadas para aplicaciones que requieren el control del operador y conexiones entre varios sistemas de fluidos. Permiten trabajar con el dispositivo sin manipularlo en exceso, lo que limita la introducción de burbujas de aire. Permiten cambiar fácilmente entre dos circuitos de fluido girando el cabezal de control y sin necesidad de desconectar las tuberías. Hay tres versiones disponibles en función de la opción de conmutación: flujo diagonal, flujo en ángulo recto «L» y flujo en «T» simple.
Comprender cómo funciona un sistema microfluídico es un requisito previo para encontrar formas de evitar las burbujas de aire. Desde la elección del líquido hasta el diseño del chip, todos los pasos deben llevarse a cabo teniendo en cuenta que las burbujas pueden aparecer precisamente en cada una de estas etapas. Es importante señalar que no existe una única forma de evitar o eliminar las burbujas, ya que tampoco hay una única causa para su formación. Cada usuario debe analizar su sistema para encontrar la mejor manera de fabricar un dispositivo robusto y, afortunadamente, están surgiendo varios dispositivos comerciales que facilitan el trabajo de los investigadores.
