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Tecnología

Miniaturas funcionales

Microlaboratorios descartables analizan sangre, vino, alcohol combustible y el tenor de azúcar en las bebidas

Minúsculas estructuras del tamaño de una caja de fósforos, que funcionan como microlaboratorios de análisis químicos, son las firmes candidatas a reemplazar a los tradicionales instrumentos utilizados en la actualidad para hacer análisis de sangre. Con una sola gota, extraída del dedo de un paciente, un médico podrá procesar el material en su propio consultorio, inmediatamente después realizar el diagnóstico y, si fuera el caso, indicar el tratamiento apropiado. Pruebas llevadas a cabo en laboratorio por el grupo de investigación coordinado por el profesor Claudimir Lucio do Lago, del Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (USP), han demostrado que es posible producir esas pequeñas piezas en un corto lapso de tiempo y a bajo costo, al contrario de lo que sucede con otras técnicas utilizadas para la producción de estos microequipos.

El reducido precio de cada dispositivo – que mide 2 por 3 cm² – es de alrededor de 0,02 dólar. “Una sola transparencia permite producir unos 50 dispositivos en cuestión de pocas horas”, dice Claudimir. “Mientras que los tradicionales, elaborados en vidrio o en cuarzo, cuestan entre decenas y centenas de dólares por unidad, que son los precios que cobran las empresas que fabrican esas microestructuras en el exterior.”La nueva técnica será útil para la producción de prototipos que sirven para analizar la composición del agua de lluvia, del alcohol combustible y de vinos, y también el tenor de azúcar de las bebidas, entre otras aplicaciones. Para tal fin, estos productos poseen microcanales por donde se procesan los fluidos analizados. La novedad del grupo de la USP está en la construcción de dichos microcanales, para lo cual utilizan únicamente materiales que pueden encontrarse en cualquier oficina: la computadora, transparencias y tóner (el polvo negro utilizado en las máquinas fotocopiadoras).

Con esta técnica es posible en apenas una hora crear un prototipo y probarlo, mientras que con el método utilizado tradicionalmente se requieren semanas, y hasta meses para evaluar si la microestructura planeada realmente funciona. Claudimir subraya que el Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón (LNLS) cuenta con recursos como para fabricar piezas más elaboradas, con canales más profundos, al igual que el Laboratorio de Sistemas Integrables (LSI) de la Escuela Politécnica de São Paulo de laUSP.

Pero el proceso desarrollado por esos laboratorios se lleva a cabo en múltiples etapas, con secretos tecnológicos y con una limitación: si tan solo una de las etapas falla, es necesario recomenzar todas las pruebas. “Es caro, pues exige una infraestructura efectivamente pesada; y lento, en razón de sus diversas etapas”, afirma el investigador. “Nuestra idea inicial de desarrollar un proceso que permitiera diluir costos de producción, con la generación rápida de un prototipo, fue concretada con el uso del tóner”, celebra Claudimir, quien contó con la ayuda de tres alumnos de doctorado y uno de posdoctorado.

Un producto descartable
El nuevo proceso fue patentado con el apoyo del Núcleo de Patentes y Licencias de Tecnología (Nuplitec) de la FAPESP. La creación de los microcanales se inicia en la computadora, con el trazado del trayecto, valiéndose del auxilio del programa Corel Draw. La primera impresión, solo para corroborar si el diseño es el correcto, se hace en papel común, y la definitiva, en una hoja de plástico transparente. A esta hoja se la pega a otra en una laminadora (una máquina de plastificar documentos), con lo que se forma una especie de sándwich de polímero. El espesor de la capa de tóner, de unos pocos micrones (milésimas de milímetros), determina la altura del canal, mientras que la resolución del proceso de impresión y la granulometría del tóner responden por ancho. “Debido al bajo costo de la materia prima y de la fabricación, estas estructuras pueden ser útiles para la confección de dispositivos microfabricados descartables”, dice Claudimir.

Pero, según el investigador, para producirlos a gran escala, algunos aspectos de la construcción de los equipos y del desarrollo de los materiales deben ser perfeccionados por la industria. “Estamos trabajando con los recursos existentes en el laboratorio, pero no podemos desarrollar una impresora de láser específica para fabricar los microdispositivos”, observa el investigador. “Eso sin contar que el tamaño de los granos del tóner fue desarrollado para la impresión normal, y su composición química se destina únicamente a papel y transparencias, y no a otros materiales más apropiados para análisis químicos.”

Según Claudimir, aunque el producto final sea construido mediante el uso de otra técnica, la elaboración de un prototipo rápido concebido en el Instituto de Química suscitará interés, ya que el proceso no genera tantos desechos industriales como el método convencional de microfabricación utilizado por las empresas.

Múltiples usos
La idea de utilizar el proceso de impresión con láser para finalidades de microfabricación surgió en 1999, cuando Claudimir estaba finalizando un proyecto sobre cristales piezoeléctricos de cuarzo, para el análisis del boro y del germanio, publicado en Analytical Chemistry, la principal revista de química analítica del mundo. Una de las partes del proyecto versaba sobre la detección en electroforesis capilar, una técnica analítica que utiliza la alta tensión para separar, mediante un tubo de sílice parecido a un alambre de cobre, los compuestos químicos y después cuantificarlos. “Este método fue el artífice del gran impulso dado a los proyectos genomas, y está íntimamente ligado al desarrollo de técnicas de análisis que utilizan dispositivos microfabricados”, informa.

Estados Unidos, Alemania, Inglaterra, Francia y Japón son los principales mercados para los microlaboratorios. En Brasil, la demanda de estos productos es pequeña todavía, pero puede aumentar si los precios no se tornan prohibitivos. Los interesados son empresas del área de análisis clínicos, y de los sectores farmacéutico y de control ambiental. Pero cabe acotar que las industrias de alimentos y bebidas también son candidatas a utilizar estos sistemas en miniatura de control de calidad.

EL PROYECTO
Proceso de Microfabricación Utilizando Tóner como Material Estructural

MODALIDAD
Programa de Apoyo a la Propiedad Intelectual (PAPI)
COORDINADOR
Claudimir Lucio do Lago – IQ/ USP
INVERSIÓN
R$ 5.000,00

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