Un sistema microfluídico fabrica gotas minúsculas con un tamaño perfecto
Las emulsiones son dispersiones finas de pequeñas gotas de tamaño micrométrico en un solvente inmiscible. Estas son muy utilizadas en distintas industrias como sistemas vectores o soluciones de encapsulación para varios principios activos. El análisis del tamaño de las gotas de estos fascinantes y complejos sistemas resulta fundamental para su rendimiento y seguridad. Las técnicas convencionales producen emulsiones en grandes cantidades, pero el control del tamaño de las gotas es otra cuestión. El tamaño de estas gotas polidispersas puede variar alrededor de un 20 %, lo cual repercute en su velocidad de degradación, la cinética de la liberación del encapsulado y la estabilidad de la emulsión. «La diferencia de tamaño de las gotas es especialmente problemática en la industria farmacéutica, en la que unas cantidades irregulares de fármaco encapsulado en gotas y partículas cargadas de medicamentos polidispersos puede causar una rápida liberación inicial del fármaco “in vivo”. Esto puede acabar teniendo unos efectos citotóxicos indeseados», observa Remigijus Vasiliauskas, responsable del proyecto financiado con fondos europeos AutoMonoDroplet. Conviene conseguir homogeneidad La microfluídica es la ciencia y la ingeniería de los sistemas capaces de procesar fluidos utilizando canales minúsculos con dimensiones en microescala. Esta nueva tecnología innovadora, que aborda un control y manipulación precisos de los fluidos, crea unas gotas altamente monodispersas que son muy apreciadas en distintos ámbitos; básicamente donde deben manejarse, medirse o analizarse pequeñas cantidades de fluidos durante poco tiempo. «La microfluídica basada en gotas se ha convertido en una herramienta versátil para fabricar micropartículas monodispersas (con variaciones de tamaño inferior al 5 %) con una tasa de producción de kilohercios. Una de las mayores ventajas de las que presume la tecnología son las cantidades minúsculas de muestras y reactivos que necesita, así como la reducción de costes que permite gracias al menor uso de reactivos caros», comenta Vasiliauskas. Sin embargo, todavía no se utiliza mucho en la industria. «Esto podría deberse a los problemas que plantea su comercialización que están principalmente relacionados con las mayores tasas de producción y las mayores cantidades de emulsiones que se necesitan en las aplicaciones industriales. Además, algunas aplicaciones precisan de un nivel incluso más elevado de homogeneidad de tamaño», añade Vasiliauskas. Microgotas a medida El proyecto AutoMonoDroplet abordó estos dos problemas espinosos de conseguir un tamaño más homogéneo e incrementar los niveles de producción de microgotas a escalas industriales. Su principal logro es el desarrollo de un sistema de producción de gotas totalmente automatizado que puede controlar el tamaño y la frecuencia de las gotas y ajustar las tasas de flujo y la presión de los líquidos para compensar cualquier cambio en el sistema de bombeo de los fluidos. Además, mantiene una uniformidad de producción de gotas muy elevada durante mucho tiempo, a la vez que produce grandes cantidades de emulsiones monodispersas, especialmente cuando se utiliza conjuntamente con un chip microfluídico con muchos dispositivos centrados en el flujo funcionando en paralelo. «Las microgotas evocan la imagen de gotas minúsculas de una anchura comparable a la de un pelo humano que además se mueven a grandes velocidades. Para observar e identificar con precisión su tamaño, se necesitan unas caras cámaras de alta velocidad», destaca Vasiliauskas. Para evitar costes adicionales, los investigadores iluminaron las gotas con luz láser. Al proyectarse, esta luz es procesada por unos algoritmos especiales, de forma que se puede calcular con precisión el tamaño de la gota. Los datos se envían luego a la bomba de presión microfluídica, que compensa cualquier discrepancia en el tamaño de la gota modificando la presión, con la consiguiente producción de unas gotas altamente monodispersas. El nuevo sistema microfluídico de AutoMonoDroplet permite avanzar rápidamente en la generación de gotas permitiendo que los usuarios fabriquen gotas monodispersas a medida de entre 50 y 300 micrómetros. Al no necesitar ninguna intervención humana, el sistema puede trabajar las veinticuatro horas del día, lo cual incrementa la eficiencia productiva y produce mayores cantidades de emulsiones.
Palabras clave
AutoMonoDroplet, gotas, microfluídico, emulsión, monodisperso, farmacéutico, polidisperso, homogeneidad
