Development of microfluidic systems and methods for medicine, sensing and nanofabrications

Abstract

Se explora la mecánica de fluidos a escala micrométrica y se divide en tres partes. La primera ofrece una visión general de la microfluídica, abordando su evolución, aplicaciones y tipos de fluidos, como los newtonianos y viscoelásticos. También se describen los sistemas microfluídicos pasivos y activos, así como métodos de microfabricación, como la litografía y la impresión 30. Se destaca el uso del pensamiento transversal para innovar en la creación de nanocapas poliméricas y fibras a micro y nanoescala.La segunda parte se enfoca en aplicaciones prácticas. Se diseña y valida un sistema pasivo para la separación celular utilizando glóbulos rojos, basado en la inercia de partículas y la geometría del sistema. Además, se desarrolla un sistema pasivo para la liberación controlada de acetilcisteína, optimizado para una liberación uniforme, cuya eficacia se confirma experimentalmente. También se modela un ensayo de flujo lateral para optimizar la detección de antígenos de enfermedades pulmonares crónicas.La tercera parte aplica el pensamiento transversal en la microfluídica para desarrollar métodos de nanofabricación económicos, centrándose en la gestión de fluidos viscoelásticos. Estos métodos permiten la creación de capas nanométricas y nanofibras poliméricas, con aplicaciones potenciales en sensores y fotónica.

S'explora la mecanica de fluids a escala micrométrica i es divideix en tres parts. La primera ofereix una visió general de la microfluídica, abordan! la seva evolució, aplicacions i tipus de fluids, com els newtonians i viscoelastics. També es descriuen els sistemes microfluídics passius i actius, així com métodes de microfabricació, com la litografía i la impressió 30. Es destaca l'ús del pensament transversal per innovar en la creació de nanocapes polimériques i fibres a micro i nanoescala. La segona part se centra en aplicacions practiques. Es dissenya i valida un sistema passiu pera la separació cel·lular utilitzant glóbuls vermells, basal en la inercia de partícules i la geometría del sistema. A més, es desenvolupa un sistema passiu pera l'alliberament controla! d'acetilciste·ina, optimitzat pera una alliberació uniforme, !'eficacia del qual es confirma experimentalment. També es modela un assaig de flux lateral per optimitzar la detecció d'antígens de malalties pulmonars cróniques. La tercera part aplica el pensament transversal en la microfluídica per desenvolupar métodes de nanofabricació económics, centrant-se en la gestió de fluids viscoelastics. Aquests métodes permeten la creació de capes nanométriques i nanofibres polimériques, amb aplicacions potencials en sensors i fotónica.

The mechanics of fluids al the micrometric scale are explored, and it is divided into three parts. The first part offers an overview of microfluidics, addressing ils evolution, applications, and types of fluids, such as Newtonian and viscoelastic fluids. Passive and active microfluidic systems are also described, along with microfabrication methods like lithography and 30 printing. The use of cross-disciplinary thinking is highlighted to innovate in the creation of polymeric nanolayers and fibers al the micro and nanoscale. The second part focuses on practica! applications. A passive system for cell separation using red blood cells is designed and validated, based on particle inertia and system geometry. Additionally, a passive system for the controlled release of acetylcysteine is developed, optimized for uniform release, and its efficacy is experimentally confirmed. A lateral flow assay is also modeled to optimize the detection of antigens related to chronic lung diseases. The third part applies cross-disciplinary thinking in microfluidics to develop cost-effective nanofabrication methods, focusing on the management of viscoelastic fluids. These methods enable the creation of nanometric layers and polymeric nanofibers, with potential applications in sensors and photonics.