Predicción del comportamiento de circuitos microfluídicos hechos de elementos discretos

Scientific Reports volumen 5, Número de artículo: 15609 (2015) Citar este artículo

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Detalles de métricas

Los dispositivos de microfluidos se pueden utilizar para ejecutar una variedad de protocolos de química sintética y analítica de flujo continuo con un alto grado de precisión. La creciente disponibilidad de la fabricación aditiva ha permitido el diseño de dispositivos microfluídicos con nuevas funcionalidades y complejidad. Sin embargo, estos dispositivos son propensos a variaciones de fabricación mayores que las típicas de los fabricados con micromecanizado o litografía blanda. En este informe, demostramos un flujo de trabajo de diseño para la fabricación que aborda la variación del rendimiento a nivel de circuito y elemento microfluídico, en el contexto de la fabricación en masa y la fabricación aditiva. Nuestro enfoque se basa en elementos microfluídicos discretos que se caracterizan por su resistencia hidráulica terminal y tolerancia asociada. El análisis de redes se emplea para construir reglas de diseño analítico simples para circuitos microfluídicos modelo. El análisis de Monte Carlo se emplea tanto a nivel de elemento individual como de circuito para establecer las métricas de rendimiento esperadas para varias configuraciones de circuito específicas. Se utiliza un protocolo basado en osmometría para sondear experimentalmente el comportamiento de mezcla en circuitos para validar estos enfoques. El flujo de trabajo general se aplica a dos circuitos de aplicación con uso inmediato en la mesa de trabajo: circuitos de mezcla en serie y en paralelo que son modularmente programables, virtualmente predecibles, altamente precisos y operables a mano.

La fabricación aditiva se está convirtiendo rápidamente en una alternativa viable al micromecanizado y la litografía blanda para la fabricación de dispositivos microfluídicos y milifluídicos1,2,3,4,5. Métodos como la estereolitografía (SLA) o los procesos basados ​​en extrusión (p. ej., modelado por deposición fundida o FDM) permiten fabricar dispositivos completos con geometrías de canal no planas rápidamente y con menos recursos en comparación con los métodos tradicionales6. Sin embargo, la fabricación aditiva suele ser menos precisa que el micromecanizado, lo que genera la posibilidad de errores de rendimiento en los sistemas de microfluidos diseñados para controlar con precisión el transporte y la mezcla de fluidos. El impacto de la variabilidad de fabricación en las funciones del circuito de microfluidos no se ha explorado cuantitativamente en la literatura; los errores en la concentración de flujos en redes microfluídicas complejas son generalmente impredecibles y deben abordarse caso por caso, ad hoc. La fabricación aditiva hace posible este tipo de análisis cuantitativo mediante la introducción de una tecnología de fabricación estandarizada y la codificación de diseños de sistemas de microfluidos como archivos digitales interpretados por máquinas.

Anteriormente, introdujimos una plataforma de elementos microfluídicos discretos autoalineados fabricados con SLA que se pueden conectar de forma reversible y se describen por sus características de flujo terminal de manera muy similar a los elementos discretos en los sistemas electrónicos7. Este sistema se presta a la construcción de dispositivos microfluídicos reconfigurables, modulares, tridimensionalmente complejos y diseñados jerárquicamente a partir de una biblioteca de componentes estandarizados adecuados para la fabricación en masa. En este trabajo, desarrollamos aún más este sistema al demostrar una estrategia de implementación virtual y un procedimiento de sondeo experimental que aborda la predicción de variaciones en el rendimiento. Esta estrategia tiene tres partes: (A) definición de una biblioteca de componentes de elementos pasivos calificados por su variación esperada debido a la fabricación, (B) análisis de red para derivar la operabilidad de mezcla de algunos circuitos microfluídicos simples con aplicación útil en la mesa de trabajo y ( C) predicción de la variación del rendimiento de la red utilizando métodos de análisis estadístico.

En (A), desarrollamos una biblioteca de elementos que es intuitivamente compatible con el análisis de circuitos lineales y las técnicas de análisis estadístico que lo acompañan; Los valores de resistencia hidráulica de cada elemento se seleccionaron teniendo en cuenta la comodidad de los diseñadores. Luego se dedujo la geometría del canal para obtener estos valores bien definidos de resistencia hidráulica. En (B), las topologías de circuitos de microfluidos para la mezcla en serie y en paralelo invariante de la fuente se concibieron y caracterizaron mediante reglas matemáticas simples como un sistema modelo para el análisis de redes. El análisis de redes es un método poderoso para comprender mejor el funcionamiento de los circuitos microfluídicos monolíticos (ver 8, 9, 10, 11, 12, 13 para un conjunto diverso de ejemplos), pero en general no se ha utilizado como una herramienta central para el diseño. En (C), se ideó una implementación virtual completa de cada circuito de microfluidos, incluida la variación de fabricación esperada en los componentes, para simular escenarios realistas para el rendimiento de la red. Esto se logró aplicando la comprensión mecanicista de la estereolitografía al cálculo estadístico de las tolerancias de resistencia hidráulica a nivel de módulo en (A) y aplicando aún más la comprensión de las tolerancias a nivel de módulo al análisis de red realizado en (B). Finalmente, las realizaciones experimentales de estos circuitos de mezcla se ensamblaron y probaron utilizando soluciones osmóticas para validar estos modelos.

Un proceso fundamental en química analítica y sintética es la mezcla de pequeñas cantidades de fluidos. Por lo general, esto se logra utilizando jeringas, pipetas, buretas y otras herramientas de vidrio y plástico que se operan a mano para extraer manualmente los fluidos de los contenedores de origen y depositarlos en un contenedor de muestra. El error en la composición final de una mezcla se atribuye en gran medida al error en el funcionamiento de estas herramientas, o "variante de origen", y puede tener graves consecuencias en la repetibilidad de los procedimientos críticos para la investigación y las actividades clínicas. En consecuencia, se han desarrollado sistemas robóticos controlados electrónicamente que automatizan estas tareas de procedimiento para aliviar el error inducido por el operador, crear una mayor consistencia en la operación física de los instrumentos y acelerar el procesamiento de muestras en general. Estos sistemas a menudo son prohibitivamente costosos, conllevan una gran curva de aprendizaje y requieren un soporte de infraestructura significativo. Por lo tanto, existe la necesidad de herramientas manuales para una mezcla precisa y predecible de soluciones de bajo volumen que sean insensibles a los errores típicos del operador y del instrumento, o "fuente invariable". Los circuitos modelo presentados en este trabajo están diseñados para satisfacer esta necesidad práctica, aprovechando los aspectos reconfigurables y centrados en la resistencia de nuestro sistema general de elementos discretos, mientras se inspiran en el gran volumen de literatura de diseño de circuitos de mezcla de microfluidos disponible14,15,16,17 . Las tecnologías microfluídicas para la mezcla y dilución controlada demostradas en la literatura hasta el momento se han centrado en la generación de gradientes de concentración que imitan entornos fluídicos biológicamente relevantes. Los dispositivos capaces de realizar mezclas en paralelo y en serie18 diluciones multicapa19 y gradientes de concentración logarítmicos20 han proporcionado a los diseñadores de chips microfluídicos varias estrategias para manipular la concentración de soluciones. Si bien estos métodos representan un esfuerzo sustancial para construir circuitos microfluídicos específicos de la aplicación, pocas de estas técnicas facilitan que los diseñadores ajusten los factores de mezcla en un sentido modular.

Los flujos laminares a microescala se pueden analizar en términos de su resistencia hidráulica determinada por el tamaño y la morfología del canal8. En otras palabras, es posible desarrollar un conjunto de elementos fluídicos con tamaño de canal variable que se definen en base a la resistencia hidráulica total por componente. Por lo tanto, desarrollamos una biblioteca de elementos de canales de microfluidos clasificados por su resistencia hidráulica de una manera que permite a los diseñadores crear rápidamente prototipos de diseños en papel (Fig. 1). Los tamaños de los canales se restringieron de modo que el número de Reynolds de cada elemento fuera estrictamente indicativo del flujo laminar para caudales de hasta 200 ml/h. Se adoptaron las prácticas comunitarias establecidas por los fabricantes de resistencias electrónicas discretas estandarizadas, en las que una unidad funcional típica de resistencia es de dos a tres órdenes de magnitud mayor que la de la llamada resistencia "parásita" en un cable.

Biblioteca de elementos discretos construidos organizados según su resistencia hidráulica diseñada, con unidades indicadas como G, abreviatura de GPa-sm−3.

Los componentes de clase de resistencia se diseñaron con una longitud lateral de canal de 642,5 μm, lo que permite manipular la resistencia por longitud de canal que se logra al serpentear y enrollar canales dentro de componentes de resistencia individuales. Resistencia y error esperados (2σ) determinados a través del análisis de Monte Carlo a partir de la longitud del lado del canal medido, lo que estadísticamente asegura que el 95 % de los componentes diseñados caerán dentro de la tolerancia de resistencia establecida.

Considere la resistencia hidráulica de un segmento de canal recto con sección transversal cuadrada (1)8:

Aquí, la longitud de un segmento de canal viene dada por L, la altura o el ancho de la sección transversal es h y la viscosidad dinámica del fluido conducido es η. A los efectos de este estudio, la definición de tales elementos se restringe al flujo de agua pura, a 20 °C, la temperatura de nuestros experimentos. Por lo tanto, se utilizó un valor de 1 mPa · s para η en todo momento. Definimos una unidad de resistencia hidráulica "G" como una notación abreviada de 1 GPa-sm–3. Esto corresponde a la resistencia de un elemento de canal de referencia de 6 mm de longitud y 642,5 μm de altura de sección transversal cuadrada. Esta altura de canal fue seleccionada por su conveniencia en la creación de un sistema de resistencias con valores en una escala estándar de números enteros o fracciones simples. Este enfoque se tomó prestado de una práctica similar en componentes electrónicos discretos, donde los fabricantes ofrecen principalmente resistencias electrónicas con valores que permiten una fácil combinación y selección por parte de los diseñadores durante la elaboración de esquemas de circuitos.

Se construyó una variedad de elementos de resistencia hidráulica basados ​​en la altura de proceso de referencia de 642,5 μm. Las resistencias de más de 1G se realizaron serpenteando y enrollando longitudes de pista más largas en una huella de elemento cúbico estandarizada. Se desarrolló una clase especial de componentes similares a alambres caracterizados por una resistencia parásita de 0,01 G aumentando la longitud del lado de la sección transversal a 2,0317 mm de modo que las condiciones de flujo sigan siendo laminares a velocidades de flujo razonablemente altas (por ejemplo, Re ~ 0,1 a 200 ml/h en la longitud de referencia estándar de 6 mm). Los elementos del puerto para la interfaz con los circuitos se construyeron con una altura especial de 1,1425 mm, lo que da como resultado una resistencia parásita de 0,05 G. Estas resistencias milifluídicas perdidas son lo suficientemente menores que los componentes microfluídicos de clase de resistencia, por lo que no es necesario considerarlos en el análisis de redes microfluídicas durante el fase de diseño.

El error en la resistencia de cada elemento se determinó a partir de los errores asociados con el proceso de fabricación estereolitográfico. Considere la resistencia hidráulica de un segmento de canal de sección transversal rectangular de altura h, ancho w y longitud L dada en (2) y derivada al resolver la ecuación de Navier-Stokes usando un método de la Serie de Fourier8:

El método de impresión estereolitográfica capa por capa afecta las tolerancias/errores de fabricación Δw, ΔL y Δh debido a la dirección en la que se dispone un segmento de canal con respecto al proceso de impresión (Fig. 2). Esto implica que el error en Δxy debido a la óptica de impresión y el mecanismo de control relacionado que afecta el llamado "plano de impresión xy" será diferente al error Δz debido al mecanismo que controla la adición de capas de fotoresina a lo largo del "plano de impresión z". eje". Esto da como resultado canales que son imperfectamente rectangulares a pesar de su diseño cuadrado. Además, la solidificación del material durante la impresión y el procesamiento posterior puede provocar una mayor deformación anisotrópica del canal. Estos efectos parecen ser secundarios a los que resultan de los mecanismos de control en la impresora, pero el procedimiento de caracterización descrito aquí es traducible a través de una variedad de materiales y procesos de fabricación aditiva más allá de los demostrados experimentalmente. Los valores experimentales para el plano de impresión y las tolerancias del eje de impresión se determinaron construyendo una gran cantidad de componentes de la biblioteca con un material modelo (ver Materiales y métodos) y midiendo ópticamente sus secciones transversales geométricas (Figura 1 complementaria). Estas tolerancias se usaron en una simulación de Monte Carlo para predecir la desviación estándar en la resistencia hidráulica de cada elemento en la biblioteca de componentes (ver la Sección de Materiales y Métodos). Brevemente, la resistencia de cada segmento de canal que constituye un elemento dado se calculó usando (2) con parámetros w, L y h extraídos de distribuciones normales pseudoaleatorias establecidas por las tolerancias Δxy y Δz dependiendo de la orientación de ese segmento (Fig. 2b). Las resistencias de los segmentos se agregaron en serie de modo que la resistencia final del elemento se calculó para ese conjunto particular de sorteos. En última instancia, la "tolerancia del fabricante", o 2σ, para 5000 sorteos se determinó de manera que el 95% de los elementos de resistencia construidos se encuentren dentro del rango de valores especificado (Fig. 1).

(a) Apertura de puerto con canal centrado para un componente de resistencia con una longitud lateral de sección transversal de 642,5 μm que muestra la precisión en el plano de impresión, xy y la precisión en el eje de impresión, z. Debido a los mecanismos de control de la estereolitografía, se espera que la precisión en el plano xy y z sea diferente. (b) La resistencia total de los componentes se aproximó determinando y sumando la resistencia de los segmentos correspondientes a los planos xy (líneas amarillas) y z (líneas moradas). Ambos planos tienen un error de fabricación particular, determinado midiendo ópticamente la longitud lateral de la sección transversal de los componentes y creando distribuciones de precisión en ambas orientaciones (consulte la Figura complementaria 1).

Este estudio considera dos topologías de circuitos microfluídicos, denominadas Fork (Fig. 3a) y Ladder (Fig. 3b), respectivamente capaces de mezclarse en paralelo y en serie. Los reactivos se extraen a través de las ramas de entrada mediante una fuente de caudal negativo, de modo que se combinan en una unión común para producir la mezcla objetivo. Tomando prestada la analogía hidráulica de los circuitos eléctricos8, la topología de horquilla emplea los principios de las resistencias paralelas, en las que la caída de presión observada en cada ramal de entrada es equivalente. A su vez, la tasa de flujo desarrollada a través de cada rama se debe únicamente a la selección de resistencias de rama. Esto permite un sistema en el que la fracción de volumen resultante de cada fluido de entrada en la salida es invariable al caudal. La topología de escalera disfruta de una independencia similar de la variación de la fuente, pero representa un escenario alternativo en el que los reactivos de entrada se mezclan en serie. El flujo a través de la rama más alejada de la fuente se mezcla con la siguiente rama adyacente, que luego se mezcla con la siguiente rama adyacente, y así sucesivamente hasta que se crea la mezcla final en la salida. En otras palabras, la topología de escalera se puede considerar como topologías de horquilla conectadas recursivamente.

(a) Topología de horquilla generalizada donde cada resistencia de rama experimenta la misma caída de presión y la mezcla se produce en paralelo entre las entradas. (b) Topología de escalera generalizada donde la mezcla se produce de manera serial, de modo que la rama R1 se mezcla con la rama R2, que luego pasa a través de una resistencia de mezcla, RM y se mezcla más con la siguiente rama adyacente, hasta que se alcanza la rama RN.

Empleamos el análisis nodal para estudiar el funcionamiento de los circuitos de horquilla de 2 y 3 entradas, así como un circuito de escalera de 3 entradas (notas complementarias 1 a 6). El objetivo del diseño se estableció en términos de χ, la fracción de volumen de un fluido de entrada dado en la mezcla de salida. A su vez, se derivaron reglas de diseño para χ para cada entrada, que muestran cómo se pueden seleccionar las resistencias de las ramificaciones para ajustar la operación para entregar una mezcla dada de cada fluido de alimentación (Tabla 1). Tenga en cuenta que la invariancia de la fuente de cada configuración es evidente en cada regla de mezcla: χ solo depende de la elección de la resistencia y no del caudal de extracción. Luego, cada circuito se construyó usando una variedad de combinaciones de resistencias (Tabla 2a–c) y se probó ejecutando una solución de NaCl estándar a través de una sola rama de cada topología (consulte la Sección de Materiales y Métodos). Las diluciones resultantes de la solución madre se analizaron mediante osmometría, para lo cual la solución madre era adecuada para proporcionar resultados con una variación muy por debajo de la variación de fabricación prevista en el funcionamiento de la red.

Una característica del diseño de circuitos electrónicos a nivel de placa que permite un diseño y una fabricación eficientes y repetibles es el uso de métodos estadísticos para predecir el comportamiento del circuito debido a errores en las características de los terminales a nivel de elemento. De manera similar, la tolerancia de las resistencias hidráulicas se vuelve importante para predecir el funcionamiento de los circuitos microfluídicos ensamblados a partir de elementos estandarizados fabricados en masa. Si bien el análisis de errores simple es suficiente para la mayoría de los circuitos que involucran pocos nodos y reactivos de entrada, las redes complejas son difíciles de analizar a mano. Este análisis se puede automatizar utilizando técnicas numéricas. Ampliamos nuestro uso del análisis de Monte Carlo a nivel de elemento para simular el rendimiento esperado a nivel de circuito. Más específicamente, generamos contenedores simulados de resistencias microfluídicas discretas normalmente distribuidas pseudoaleatorias usando las tolerancias derivadas en la Fig. 1 y calculamos la distribución de posibles fracciones de volumen de salida usando las reglas de la Tabla 1. Las fracciones de volumen resultantes se analizaron para la entrada de la primera ramal (Rama R1) de cada topología de circuito, la cual fue alimentada por la solución madre de NaCl.

Los circuitos de horquilla de 2,3 entradas y escalera de 3 entradas se ensamblaron (Figs. 4, 5, 6) a partir de la biblioteca de dispositivos microfluídicos modulares (Fig. 1) con las configuraciones proporcionadas en la Tabla 2. La fracción de volumen de los reactivos de entrada fue validado para cada configuración mediante la introducción de una solución de "sonda" de concentración medible en una sola entrada, que luego se mezcla con el diluyente de las entradas restantes en el circuito y finalmente se mide la concentración de salida. Cada circuito se construyó con una resistencia de entrada determinada por un tubo de PEEK de 24,4 mm (DE 1/16"). La solución de sonda de NaCl 0,34 M se pasó a través de la rama indicada como R1 en cada circuito y todas las demás entradas se alimentaron con agua Milli-Q. Después de cebar los canales mediante la extracción manual, el cilindro de la jeringa se intercambió con un cilindro limpio para recolectar aproximadamente 0,5 a 1 ml de la mezcla resultante. Se midió la osmolalidad del producto de la solución de NaCl diluido (consulte Materiales y métodos), lo que permitió determinar el volumen fracción para cada combinación de resistencia, para todas las topologías, para tres intercambios de cilindros de jeringas (efectivamente tres repeticiones). Tenga en cuenta que las fracciones de volumen de salida medidas (determinadas por osmometría para encontrar la concentración de NaCl en la salida) se encuentran dentro del rango de variación previsto de como -valores de resistencia diseñados En la Fig. 7, los datos de la fracción de volumen experimental y simulada se organizan para mostrar la desviación de la fracción de volumen diseñada, cuyos valores para cada dilución se calcularon aplicando las combinaciones de resistencias de la Tabla 2 a las leyes de mezcla presentadas en la Tabla 1, para la rama R1 de cada topología. Tenga en cuenta que se encontró que muchos de los valores experimentales para χ eran mayores que los diseñados, lo que resultó en una tendencia a las desviaciones negativas. Esto parece ocurrir en gran parte porque la resistencia media esperada para muchos elementos es menor que su valor diseñado, lo que se refleja en un valor medio general más alto para la distribución de tolerancia Δxy y Δz (o parámetros de canal w, L y h).

Comparación de la desviación de la relación de mezcla experimental de la relación de mezcla diseñada en comparación con la desviación de la relación de mezcla simulada a la relación de mezcla diseñada.

Para cada gráfico, los límites superior e inferior describen una desviación de 2σ de la relación de mezcla esperada, de modo que la región sombreada, efectivamente el espacio operativo simulado, está establecida por la tolerancia del fabricante que sugiere que el 95 % de los elementos de resistencia construidos estarán dentro de las especificaciones. . Los datos experimentales se encuentran dentro del espacio de trabajo operativo simulado para (a) Topología de horquilla de 2 entradas, (b) Topología de horquilla de 3 entradas y (c) Topología de escalera de 3 entradas.

Este estudio demostró de manera efectiva que las variaciones de rendimiento en los sistemas de microfluidos construidos con elementos discretos podrían predecirse estadísticamente en el contexto de la fabricación en masa. El procesamiento de dispositivos y la propagación de errores a nivel de ensamblaje de red se simuló utilizando parámetros de proceso determinados empíricamente y comprensión mecánica del proceso SLA. La Figura 7 muestra que el rendimiento medible de los circuitos reales para la mezcla en paralelo y en serie construidos a partir de una biblioteca de componentes de muestra funciona de manera confiable dentro de límites de precisión determinados virtualmente. Estos circuitos fueron útiles como herramienta de laboratorio modular, ajustable y portátil para crear mezclas con niveles muy altos de precisión. Además, las topologías de circuito exploradas en este trabajo se pueden expandir a un número arbitrario de soluciones de entrada; Las técnicas de análisis de red y Monte Carlo presentadas aquí permiten de manera confiable la determinación del rendimiento de sistemas similares con complejidad escalada.

Cada topología de circuito se probó manualmente alimentando la rama R1 de cada circuito con una solución de sonda de NaCl 0,34 M y haciendo correr agua Milli-Q a través de las ramas restantes del circuito. Se conectó una jeringa en el extremo de salida y se retrajo manualmente para cebar los ramales del circuito con sus respectivas soluciones. Después de cebar todas las ramas, una jeringa limpia reemplazó la jeringa de cebado y se recogió aproximadamente 1 ml de mezcla diluida. Para calcular la fracción volumétrica experimental se utilizó un osmómetro (Gonotec Osmomat 3000) para medir la osmolalidad de 0,5 mL del producto mezclado. La solución madre de NaCl tenía una osmolaridad medida de osmol-kg–1; se utilizó una relación lineal entre la osmolaridad y la concentración de sal para encontrar las concentraciones de las mezclas diluidas. Todos los componentes fueron fabricados a través de un fabricante contratado Fineline Prototyping (Protolabs Inc.) en material de fotorresina Watershed 11122 XC.

La simulación de Monte Carlo se escribió en Python 3.4.2 utilizando el marco Anaconda SciPy. La figura complementaria 2 muestra una descripción general del procedimiento. Los datos del proceso se recopilaron (Figura 1 complementaria) y se ajustaron a una distribución normal, a partir de la cual se usaron la desviación estándar y los valores medios para encontrar los valores medios y de tolerancia esperados para todos los miembros de la biblioteca de componentes de resistencia. Se construyó un bucle con un recuento máximo de 5000 intentos, en el que se llamó a un generador de números pseudoaleatorios distribuidos normalmente para crear un kit de resistencias virtuales establecidas por los valores esperados en la biblioteca de componentes en el paso anterior. El kit, a su vez, se usó para calcular los valores esperados de las leyes de mezcla, lo que arrojó un valor de χ predicho. Los valores de χ resultantes se compararon con los esperados de las resistencias sin errores de fabricación, lo que arrojó la desviación del comportamiento previsto esperado de las piezas fabricadas en masa.

Cómo citar este artículo: Bhargava, KC et al. Predicción del comportamiento de circuitos microfluídicos hechos de elementos discretos. ciencia Rep. 5, 15609; doi: 10.1038/srep15609 (2015).

Au, AK, Lee, W. & Folch, A. Microfluídica de pedidos por correo: evaluación de la estereolitografía para la producción de dispositivos microfluídicos. Ficha de laboratorio 15, 1294–1301 (2014).

Artículo Google Académico

Lee, W. et al. Dispositivo microfluídico impreso en 3D para la detección de bacterias patógenas mediante separación basada en el tamaño en canal helicoidal con sección transversal trapezoidal. ciencia Rep. 5, 7717 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Zhu, F. et al. Dispositivos milifluídicos impresos en tres dimensiones para pruebas de embriones de pez cebra. Biomicrofluídica 9, 046502 (2015).

Artículo Google Académico

Au, AK, Bhattacharjee, N., Horowitz, LF, Chang, TC y Folch, A. Automatización microfluídica impresa en 3D. Chip de laboratorio 5, 1934-1941 (2015).

Artículo Google Académico

Rogers, CI, Qaderi, K., Woolley, AT & Nordin, GP Dispositivos microfluídicos impresos en 3D con válvulas integradas. Biomicrofluídica 9, 016501 (2015).

Artículo Google Académico

Ho, CMB, Ng, SHG, Li, KHH y Yoon, Y.-J. Microfluidos impresos en 3D para aplicaciones biológicas. Chip de laboratorio Mayo (2015).

Bhargava, KC, Thompson, B. y Malmstadt, N. Elementos discretos para microfluidos 3D. proc. nacional Academia ciencia 111, 15013–15018 (2014).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Bruus, H. Microfluídica teórica (Oxford University Press, Oxford, 2008).

Fuerstman, MJ et al. Resolución de laberintos utilizando redes microfluídicas. Langmuir 19, 4714–4722 (2003).

Artículo CAS Google Académico

Oh, KW, Lee, K., Ahn, B. & Furlani, EP Diseño de redes microfluídicas impulsadas por presión utilizando la analogía del circuito eléctrico. Ficha de laboratorio 12, 515 (2012).

Artículo CAS Google Académico

Choi, S., Lee, MG & Parka, JK Circuito paralelo microfluídico para la medición de la resistencia hidráulica. Biomicrofluídica 4, 1–9 (2010).

Google Académico

Sun, K., Wang, Z. & Jiang, X. Microfluidos modulares para la generación de gradientes. Chip de laboratorio 8, 1536–1543 (2008).

Artículo CAS Google Académico

Leslie, DC et al. Control de flujo específico de frecuencia en circuitos microfluídicos con características elastoméricas pasivas. Nat. física 5, 231–235 (2009).

Artículo CAS Google Académico

Irimia, D., Geba, DA & Toner, M. Generador de gradiente microfluídico universal. Anal. química 78, 3472–3477 (2006).

Artículo CAS Google Académico

Yang, M., Yang, J., Li, C.-W. & Zhao, J. Generación de gradiente de concentración mediante distribución de flujo controlado y mezcla difusiva en un chip de microfluidos. Chip de laboratorio 2, 158–163 (2002).

Artículo CAS Google Académico

Lin, F. et al. Generación de gradientes de concentración temporales y espaciales dinámicos mediante dispositivos microfluídicos. Ficha de laboratorio 4, 164–167 (2004).

Artículo CAS Google Académico

Dertinger, SKW, Chiu, DT, Jeon, NL y Whitesides, GM Generación de gradientes que tienen formas complejas utilizando redes microfluídicas. Anal. química 73, 1240–1246 (2001).

Artículo CAS Google Académico

Jacobson, SC, McKnight, TE y Ramsey, JM Dispositivos microfluídicos para mezclas en paralelo y en serie accionadas electrocinéticamente. Anal. química 71, 4455–4459 (1999).

Artículo CAS Google Académico

Neils, C., Tyree, Z., Finlayson, B. & Folch, A. Mezcla combinatoria de corrientes microfluídicas. Ficha de laboratorio 4, 342–350 (2004).

Artículo CAS Google Académico

Kim, C. et al. Un dispositivo microfluídico de dilución en serie que utiliza una red en escalera que genera concentraciones logarítmicas o lineales. Ficha de laboratorio 8, 473–9 (2008).

Artículo CAS Google Académico

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Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud (Premio 1R01GM093279).

Bhargava Krisna C. y Thompson Bryant contribuyeron igualmente a este trabajo.

Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de los Materiales de la Familia Mork, Universidad del Sur de California, Los Ángeles, 90089, CA

Krisna C. Bhargava, Danish Iqbal y Noah Malmstadt

Departamento de Ingeniería Biomédica, Universidad del Sur de California, Los Ángeles, 90089, CA

Bryant Thompson

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KCB, BT y NM diseñaron la investigación y escribieron el texto principal del manuscrito. Cifras preparadas por KCB y BT. KCB, BT y DI realizaron la investigación. KCB y BT contribuyeron igualmente a este trabajo.

La plataforma de microfluidos descrita en este documento es objeto de una solicitud de patente estadounidense presentada por USC y ReoLab, Inc. Los autores KCB, BT y NM son accionistas de ReoLab.

Este trabajo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en la línea de crédito; si el material no está incluido bajo la licencia Creative Commons, los usuarios deberán obtener el permiso del titular de la licencia para reproducir el material. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Reimpresiones y permisos

Bhargava, K., Thompson, B., Iqbal, D. et al. Predicción del comportamiento de circuitos microfluídicos hechos de elementos discretos. Informe científico 5, 15609 (2015). https://doi.org/10.1038/srep15609

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Recibido: 26 junio 2015

Aceptado: 24 de septiembre de 2015

Publicado: 30 de octubre de 2015

DOI: https://doi.org/10.1038/srep15609

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