El impacto de diferentes resinas en los reactivos
Los sistemas de microfluidos requieren una cuidadosa consideración cuando se trata de interacciones químicas, térmicas y físicas con reactivos. Las interacciones entre el reactivo y la resina (o plástico/polímero) deben minimizarse tanto como sea posible para evitar la lixiviación, la degradación del sistema, la absorción y los resultados de ensayo poco fiables.
La lixiviación de termoplásticos o la absorción de reactivos pueden crear rápidamente vulnerabilidades significativas e imprevistas dentro del sistema, sin mencionar los efectos adversos de la energía superficial. Por lo tanto, si un sistema de microfluidos requiere un conjunto específico de requisitos químicos y térmicos, el proceso de selección de polímeros plásticos debe considerar polímeros con propiedades químicas apropiadas (o emplear una mezcla de polímeros personalizada).
Cualquier tratamiento o modificación de la superficie también debe tenerse en cuenta al seleccionar una resina. La necesidad de niveles específicos de energía superficial puede requerir remedios si los aditivos reactivos inesperados, como los detergentes, crean efectos adversos en la capacidad de humectación de la superficie de la resina.
Estas áreas a menudo se pasan por alto durante el proceso de diseño inicial. En consecuencia, a menudo conducen a problemas en etapas posteriores de prueba y desarrollo. Para evitar costosos rediseños, considera cuidadosamente las siguientes propiedades.
Tablas de plásticos y resistencia
Las resinas (o plásticos) aportan grandes ventajas al desarrollo de dispositivos de microfluidos. Son rentables, reproducibles, extremadamente adaptables e ideales para dispositivos desechables en el análisis de diagnóstico inmediato. Se pueden moldear mucho más fácilmente que los materiales inorgánicos y de papel. Dejando a un lado las ventajas, es importante considerar los requisitos del dispositivo y el uso previsto antes de seleccionar un material, especialmente en el caso de los plásticos. Los polímeros plásticos generalmente se clasifican en dos formas: polidimetilsiloxano (PDMS) y termoplásticos.
El PDMS es uno de los polímeros más utilizados debido a su elasticidad, biocompatibilidad, claridad óptica y permitividad del gas. El material puede deformarse bajo la aplicación de fuerza o presión de aire, creando así válvulas para un mayor control del transporte de fluidos. Las desventajas del PDMS pueden incluir deformación inesperada del canal, baja resistividad de solvente y ácido/base, evaporación, absorción de muestras, lixiviación y recuperación hidrofóbica.
Alternativamente, los termoplásticos son rígidos y se benefician de la estabilidad mecánica, la baja absorción de agua y, en general, la resistividad de solventes y ácidos/base. Sin embargo, varían en composición y reacción a ciertos productos químicos. Las familias de los termoplásticos incluyen polietileno (PE), policarbonatos (Ac), polipropilenos (PP), acrílicos como polimetilmetacrilato (PMMA), copolímero de olefina cíclica (COC), poliestireno (PS) y elastómetro termoplástico (TPE).
Hay varios productos químicos notables que pueden crear efectos significativamente adversos entre muchas composiciones de polímeros, como el xileno, el ácido sulfúrico concentrado, el tricloroetileno y el cloroformo. Se ha informado que tales productos químicos tienen importantes efectos de deterioro en la mayoría de los grupos de polímeros (aunque hay algunas excepciones). Los fabricantes a menudo informan la compatibilidad química y las resistencias del grupo de polímeros en tablas que describen información sobre la absorción de agua, la resistencia a solventes y ácidos/base, la transmisividad óptica y las propiedades térmicas. De hecho, existen cientos de tales tablas. La información en estas tablas es importante para comprender la interacción entre una resina y un reactivo previsto. Estas tablas deben revisarse cuidadosamente para garantizar que el dispositivo sea estable y que el ensayo previsto se realice con precisión. Una resistencia adecuada a ácidos, bases y solventes es vital para cualquier dispositivo de microfluidos a base de polímeros, ya que la exposición puede conducir al deterioro de los microcanales.
Ten en cuenta que, si bien estas tablas pueden proporcionar un panorama general, no necesariamente proporcionan el panorama completo. Muchas de ellas se refieren a los productos de una empresa específica y se centran en la integridad física (lamentablemente, no hay tablas de resistencia verdaderamente completas debido a la riqueza de marcas y productos en el mercado). Además, generalmente no se adhieren a un solo estándar de calificación. Existen algunas tablas para polímeros específicos, pero esa información no se encuentra en otros lugares.
(Es importante tener en cuenta que, si bien las tablas de resistencia tienden a generalizar los grupos de polímeros, existen empresas de polímeros personalizadas cuyo modelo de negocio se basa en formular el mejor polímero para tus requisitos específicos).
Absorción y lixiviables
La absorción y la lixiviabilidad a menudo no se consideran hasta el final del proceso de diseño del dispositivo de IVD. Esto podría ser un error: la consideración temprana de estas propiedades puede garantizar que se minimice su impacto en la confiabilidad y el resultado.
Los lixiviables son sustancias químicas que se filtran en el producto desde el sistema que lo contiene (en este caso, la estructura del polímero) en condiciones normales de producto, aplicación o almacenamiento. Por el contrario, la absorción se refiere al producto que se filtra o se adhiere a la estructura del polímero circundante. Para componer las materias, los compuestos absorbidos atrapados en el polímero pueden degradar la estructura y luego lixiviar en muestras de ensayo posteriores. Por lo tanto, la inclusión de compuestos imprevistos en el producto puede crear un problema importante para la fiabilidad, eficacia y seguridad del ensayo.
En el diseño de dispositivos de IVD, el potencial de lixiviabilidad y absorción de una resina debe considerarse minuciosamente para minimizar los efectos adversos. El nivel de pH del reactivo puede tener un impacto significativo en la liberación de compuestos lixiviables. Tales compuestos pueden ser ácidos o básicos; por lo tanto, el reactivo en sí puede proporcionar un método de extracción para el compuesto lixiviable, ya que la solubilidad y el nivel de acumulación dependerán del pH. Además, las condiciones extrañas, como disolventes fuertes, altas temperaturas y largas duraciones, pueden llevar a que los compuestos lixiviables se solubilicen en mayor grado. La presencia de sales y detergentes también puede presentar un aumento en los niveles de lixiviables solubilizados en el producto.
Es esencial asegurarse de que cualquier polímero seleccionado minimice el potencial de lixiviables y la absorción para que el rendimiento del ensayo no se vea afectado. Esto se puede llevar a cabo con una comparación de ensayo lado a lado con polímeros moldeados de tamaño similar con relaciones comparables de superficie-área-volumen.
Energía superficial y modificaciones
El control de fluidos depende en gran medida de la energía superficial y de la formulación específica de reactivos. La energía superficial se forma a partir de la alta relación superficie-área-volumen que se produce dentro de los sistemas de fluidos a microescala. Posteriormente, la energía superficial varía ampliamente en todo el sistema microfluídico, desde hidrofóbica/oleofóbica (baja energía superficial) hasta hidrófila/oleófila (alta energía superficial), dependiendo de los materiales utilizados.
La energía superficial es impulsada por la “humectabilidad superficial”, o el grado en que un líquido se propaga a través de la superficie de la interfaz del material. La humectabilidad superficial surge de las fuerzas intermoleculares que actúan entre las moléculas del reactivo y las superficies del material.
La energía superficial se mide observando el ángulo de contacto formado entre una gota de agua y la superficie del material. Estas fuerzas son el producto de las propiedades del reactivo químico y la hidrofilicidad superficial (o recubrimiento). Por lo tanto, al proporcionar aditivos al agua, se pueden ajustar las fuerzas de tensión superficial. Por ejemplo, las sales tienen un impacto relativamente pequeño en la tensión superficial. Por otro lado, los detergentes y derivados del benceno tienen un mayor impacto.
Los polímeros tienen propiedades energéticas superficiales naturales; sin embargo, es posible personalizar o modificar químicamente el polímero para afectarlo. Las superficies también se pueden tratar para ajustar la energía de la superficie a través de imprimación (o recubrimientos químicos), limpieza por plasma, deposición de vapor y ajuste de la textura y pulido de la superficie. La textura y el pulido pueden influir en la energía de la superficie, por lo que una superficie más pulida es generalmente más hidrófoba. La resolución de la textura de la superficie depende del “flujo” de la resina y de los parámetros de moldeado, como la temperatura, la presión y la velocidad de inyección, y el tiempo de ciclo.
Conclusión
Las resinas ofrecen soluciones rentables para sistemas de microfluidos; sin embargo, los rediseños costosos pueden disminuir esta ventaja. La interacción entre resinas y reactivos puede tener un impacto significativo en la eficacia del dispositivo de microfluidos y el ensayo previsto. Es esencial considerar cada interacción resina/reactivo para crear una imagen completa de la viabilidad de una posible solución basada en resina.
