La miniaturización de sistemas para manipular gases, partículas y gotas continúa acelerándose gracias a diseños que reemplazan componentes mecánicos por principios físicos y ópticos. Investigaciones recientes muestran cómo integrar funciones completas en una sola pieza de silicio o polímero, evitando válvulas externas, logrando separación por tamaño en canales diminutos y generando volúmenes reproducibles en la escala de nanolitros. Estas soluciones apuntan tanto a la vigilancia ambiental y procesos industriales como a aplicaciones biomédicas y de diagnóstico.
En conjunto, las tres líneas tecnológicas comparten un objetivo: reducir la complejidad del hardware y aumentar la confiabilidad y la reproducibilidad. A continuación se describen los avances clave, su fundamento físico y ejemplos de aplicación práctica que ilustran el potencial de cada aproximación.
Bombas sin partes móviles para análisis de gases
Una aproximación innovadora integra en un único chip las funciones de muestreo y separación de una miniatura de cromatógrafo de gases, usando como actuadores a tres bombas Knudsen.
En lugar de pistones o válvulas, estas bombas aprovechan gradientes térmicos para inducir movimiento de moléculas en regímenes donde la interacción molécula-superficie domina la dinámica. El resultado es un sistema monolítico que elimina elementos móviles y reduce el riesgo de fallo mecánico, ideal para monitorización continua en procesos industriales, redes de gas natural o dispositivos domésticos de control de calidad del aire.
La ventaja principal de este enfoque es la simplicidad de operación y el bajo coste potencial: al prescindir de mecanismos mecánicos se evita mantenimiento frecuente y se facilita la fabricación en serie.
Además, la integración completa permite un diseño compacto y hermético, lo que mejora la sensibilidad frente a pérdidas y contaminación. Desde la perspectiva de implementación, este tipo de chip puede ser la base de sensores distribuidos que funcionen durante largos periodos sin intervención humana.
Separación por tamaño en chip para vesículas extracelulares
Otro avance aborda la separación de vesículas extracelulares, partículas biológicas de 50–200 nm con gran valor diagnóstico y terapéutico.
Tradicionalmente, la cromatografía de exclusión por tamaño se realiza en columnas convencionales; sin embargo, la miniaturización exige soluciones para inyección precisa y materiales compatibles con biofluidos. Investigadores desarrollaron un dispositivo de µSEC sin fritas usando un polímero tipo thiolene (NOA81), con una cámara de inyección en T modificada que genera pequeños plugs de muestra controlados en nanolitros.
Como prueba se validó la separación con nanopartículas fluorescentes de 50 nm, albúmina y vesículas derivadas de células tumorales; también se demostró aislamiento directo desde plasma humano sin diluir. La transparencia óptica del material facilita la integración con técnicas de detección posteriores (seguimiento de nanopartículas, Western blot o citometría de flujo) y su compatibilidad con automatización sugiere uso en manufactura de EVs y diagnósticos clínicos.
Inyección y materiales: retos resueltos
Dos obstáculos principales fueron la inyección precisa en el chip y la elección del sustrato. Para la inyección, se optó por una solución pasiva con geometría de T ajustada que controla el volumen del plug sin necesidad de costosos inyectores rotativos. En cuanto al material, el uso de thiolene supera limitaciones de PDMS en términos de estabilidad y procesamiento, pese a desafíos de fabricación que los autores resolvieron con protocolos específicos de curado y moldeado.
Control óptico de gotas nanolitro mediante optoelectrowetting
En el terreno del manejo de líquidos, un sistema que utiliza optoelectrowetting (OEW) y patrones de luz programables permite generar gotas ultrarreproducibles en la escala de nanolitros. En lugar de electrodos fijos, la proyección de luz crea electrodos virtuales sobre la superficie, modificando la humectabilidad local y guiando la formación, el estiramiento y la separación de gotas. Esta estrategia reconfigurable habilita múltiples comportamientos de dispensado sin cambiar la microarquitectura del chip.
El control dinámico de patrones lumínicos estabiliza el proceso de estrangulamiento (necking) entre gota madre y gota hija, reduciendo la aleatoriedad del corte y mejorando la precisión volumétrica. El sistema demuestra bajo error relativo y coeficientes de variación aceptables incluso por debajo de los 50 nanolitros, lo que lo hace apto para PCR en gotas, ensayos bioquímicos y flujos de trabajo automatizados donde la reproducibilidad es crítica.
Flexibilidad y escalabilidad
La principal fuerza de la aproximación optoeléctrica es su flexibilidad: adaptar volúmenes o protocolos se logra por software, cambiando patrones de iluminación. Al evitar pasos complejos de microfabricación de electrodos metálicos, se facilita la producción en masa y la adaptación de la plataforma a distintos ensayos en laboratorios clínicos e industriales.
En conjunto, estas innovaciones muestran un rumbo claro: combinar principios físicos robustos y control óptico con materiales y geometrías optimizadas puede llevar funciones de laboratorio y monitorización a dispositivos compactos, automatizables y menos dependientes de mantenimiento. El siguiente paso será integrar detección sofisticada y protocolos de análisis en flujos monolíticos que ofrezcan soluciones completas desde la muestra hasta el resultado.
