Miniaturisation, automation and parallelisation of (bio)chemical analyses using novel lab on a chip systems
- Autores: Natalia Sandez Fernandez
- Directores de la Tesis: Julián Alonso Chamarro (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Jordi Bartrolí i Molins (presid.), Cecilia Jimenez Jorquera (secret.), Alberto Nova Araujo (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química por la Universidad Autónoma de Barcelona
- Materias:
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- Resumen
Durante las últimas décadas la química analítica ha experimentado una extraordinaria evolución con tal de satisfacer la actual demanda de información en tiempo real e in situ, partiendo de la instrumentación clásica (de gran versatilidad aunque voluminosa, cara e implicando largos tiempos de análisis) para alcanzar nuevos sistemas miniaturizados y económicos capaces de satisfacer los requerimientos actuales. Esta evolución ha dado lugar a la aparición de los conocidos sistemas de tipo Lab on a Chip (LOC) y los microsistemas de análisis total (μTAS), integrando, estos últimos, todas las etapas del procedimiento analítico en una misma plataforma microfluídica. Este alto nivel de integración y miniaturización ha sido posible gracias a la existencia de un conjunto de elementos microfluídicos que permiten realizar las operaciones fluídicas necesarias para una aplicación dada.
En este contexto, la presente tesis pretende ampliar el alcance de las aplicaciones de los uTAS, así como contribuir al conjunto de elementos microfluídicos existente actualmente. La tesis recoge el desarrollo de tres sistemas microfluídicos que se han aplicado a la cuantificación de diversos analitos de interés en el vino y el desarrollo de una nueva válvula para plataformas microfluídicas centrífugas. Debido a sus excepcionales propiedades, se ha escogido el copolímero de olefina cíclica (COC) como sustrato para la construcción de los sistemas mencionados.
Primeramente, se presenta el desarrollo de un sistema miniaturizado, económico e automatizado para la determinación espectrofotométrica de la acidez titulable en vinos. El sistema desarrollado permite la cuantificación de la acidez en muestras individuales, así como la monitorización de ésta durante los procesos de vinificación. El microsistema se ha optimizado para ambos casos, priorizando en el primero un alto rendimiento y un mínimo consumo de muestra y reactivos y, en el segundo, una elevada robustez y la completa automatización del sistema. El mismo microanalizador se ha empleado exitosamente para determinar el contenido de nitrógeno amínico primario (PAN) en vinos, haciendo mínimos cambios en el sistema y demostrando así su gran versatilidad. Los resultados obtenidos confirman un excelente funcionamiento del sistema para las tres aplicaciones estudiadas.
Se presenta también el desarrollo de un sistema microfluídico centrífugo para el análisis enzimático y en paralelo de diversos analitos de interés en vinos. El ácido L-láctico, el analito seleccionado como prueba de concepto, se ha cuantificado mediante un método de adición estándar “on-chip”. Para ello se ha implementado una estructura de alicuotado doble que permite dividir una muestra de vino y un volumen dado de disolución patrón en distintos sub-volúmenes. Esta plataforma está todavía en etapa de desarrollo. No obstante, se han obtenido ya resultados muy prometedores.
Finalmente, se describe el desarrollo de una nueva válvula para plataformas de microfluídica centrífuga, el funcionamiento de la cual está basado en la deformación de un disco de polidimetilsiloxano (PDMS) debido a la presión que ejercen dos pequeños imanes, uno a cada lado de la válvula, sobre éste. A bajas revoluciones, la presión deforma el disco bloqueando la conexión entre dos canales. A velocidades de rotación superiores, uno de los imanes se desplaza a consecuencia del incremento de la fuerza centrífuga, liberando la presión sobre el disco y permitiendo, así, el paso del líquido. A demás de ser fácil de construir e integrar, esta válvula es reversible, permitiendo así una gestión de fluidos altamente flexible y sofisticada.
Los resultados presentados en esta tesis manifiestan las ventajas del uso de sistemas miniaturizados para aplicaciones analíticas, así como el potencial de usar COC como sustrato para sistemas de tipo LOC. A demás, los métodos de fabricación empleados son potencialmente extrapolables a la producción en masa, requerimiento esencial para la viabilidad comercial de este tipo de sistemas.
