Macchina a stati finiti implementata come circuito pneumatico utilizzando valvole microfluidiche per creare un laboratorio

Rapporto del 5 giugno 2023

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di Bob Yirka, Phys.org

Un gruppo di ingegneri biochimici, Siavash Ahrar, Manasi Raje, Irene Lee ed Elliot Hui dell'Università della California, Irvine, ha sviluppato una macchina a stati finiti (FSM) implementata come un circuito pneumatico utilizzando valvole microfluidiche per costruire un lab-on-a -patata fritta. Il loro lavoro è pubblicato sulla rivista Science Advances.

Negli ultimi anni, gli ingegneri biochimici e meccanici hanno lavorato con l’obiettivo di automatizzare molti dei processi chimici che attualmente vengono eseguiti manualmente da tecnici di laboratorio addestrati che utilizzano pipette per determinare la concentrazione di una sostanza chimica disciolta in un liquido, ad esempio. Automatizzare tali attività non solo le renderebbe meno costose, ma potrebbe accelerare il processo, offrendo potenzialmente risultati di laboratorio medico in pochi minuti anziché in ore. A tal fine, gli ingegneri hanno lavorato per costruire quello che chiamano lab-on-a-chip. In questo nuovo sforzo, il gruppo di ricerca ha applicato la pneumatica al problema.

Molti processi chimici implicano il movimento di liquidi. I ricercatori hanno cercato di utilizzare la pressione dell’acqua invece dell’elettricità durante la costruzione di circuiti da utilizzare su un potenziale lab-on-a-chip. Hanno creato un minuscolo sandwich composto da lastre di vetro come pane e un foglio di silicone come interno. Ma prima di preparare il loro sandwich, hanno inciso le lastre di vetro per consentire il passaggio del liquido e hanno praticato dei fori nel foglio di silicone per collegare i canali delle lastre di vetro.

Per rappresentare i familiari zero e uno utilizzati negli FSM, il team ha utilizzato la pressione: la pressione atmosferica normale rappresentava uno zero e la pressione indotta dal vuoto rappresentava uno. I programmi di codifica venivano realizzati praticando dei fori nel foglio di silicone, che ricordavano le schede perforate utilizzate agli albori dei computer.

Il team ha poi testato la propria idea creando un semplice lab-on-a-chip a quattro bit, programmato per condurre diluizioni seriali, determinando la concentrazione di una sostanza chimica in una soluzione. Il team ha dimostrato che un giorno i dispositivi microfluidici come il loro potrebbero essere utilizzati per scopi come testare il sangue non solo per virus come SARS-CoV-2, ma per le loro concentrazioni.

Maggiori informazioni: Siavash Ahrar et al, Computer pneumatici per il controllo integrato della microfluidica, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adg0201

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