Microfluídica + Microelectrónica para el diagnóstico de malaria en el Perú

La microfluídica y la microelectrónica son dos tecnologías que están bastante relacionadas, de hecho,  las técnicas convencionales de fabricación de circuitos integrados (microelectrónicos) como la fotolitografía son  las mismas que se emplean a la hora de fabricar dispositivos microfluídicos pero con algunas variaciones (Litografía blanda y rapid soft lithography).

Por su parte, la microfluídica se está empleando para el desarrollo de dispositivos médicos cada vez más complejos y es ahí donde la microelectrónica interviene para aumentar la funcionalidad de dichos dispositivos, en esta oportunidad les voy a contar sobre la propuesta de UTEC para el desarrollo de un dispositivo de diagnóstico de malaria que integra estas dos tecnologías.

Figura 1. Ciclo de vida de plasmodium spp.

(REF: https://es.scribd.com/document/443591846/Pathogenesis-of-malaria-UpToDate)

La malaria es una enfermedad causada por parásitos del género Plasmodium y transmitida por mosquitos Anopheles, cuando estos parásitos infectan los glóbulos rojos generan cambios en las propiedades mecánicas y eléctricas de los eritrocitos, por ejemplo, se pueden volver más rígidos o más blandos que una célula sana y se ha observado que la impedancia eléctrica es mayor en células infectadas con plasmodium falciparum. En la figura 1 se ilustra el ciclo de vida del parásito.

Entendiendo  los cambios mencionados que causa la malaria en los eritrocitos en UTEC se propuso un sistema microfluídico modular compuesto por dos partes principales: un módulo de separación inercial y un módulo de bioimpedancia microfluídica. La figura 2 muestra el sistema modular.

Figura 2: Sistema microfluídico modular para el diagnóstico de malaria.

Como podemos observar en la figura 2, en el sistema propuesto, la muestra ingresa primero al módulo de separación inercial, este módulo toma ventaja de los cambios en rigidez de los eritrocitos para, a través de interacciones microhidrodinámicas, enfocar a las células en posiciones distintas del microcanal en forma de espiral para que puedan separarse, sanas de infectadas, en la bifurcación final. Esta etapa sirve como pre-concentrador de glóbulos rojos que han sido invadidos por el parásito.

La células infectadas pasan al siguiente módulo, el mismo que medirá la impedancia de cada célula individual para determinar/confirmar su estado de salud y de esta manera hacer un mejor diagnóstico. Es en esta etapa donde interviene la microelectrónica dado que el módulo de impedancia no solo debe contar con un microcanal sino con dos microelectrodos ubicados en el fondo del canal con los cuales se harán las mediciones eléctricas, estos microelectrodos tienen 20 micrómetros de ancho, 20 micrómetros de separación y tan solo 100 nanómetros de espesor. La figura 3 muestra los módulos ya fabricados (1, 4), una imagen de microscopio de los microelectrodos (2) y un esquema de los mismos (3).

Figura 3. (1) Espiral de separación inercial, (2) imágen de microscopio de los microelectrodos atravesando el microcanal. (3) esquema de microelectrodos y microcanal, (4) Módulo de impedancia microfluídica fabricado.

Finalmente, empleando un instrumento denominado analizador de Impedancia se inyecta una señal de voltaje y se lee la corriente generada para hacer el cálculo de la impedancia en un determinado rango de frecuencia. El proyecto está en progreso con resultados interesantes que pronto se publicarán en papers científicos.

Se estarán preguntando ¿Cómo es que hemos logrado fabricar estos dispositivos en UTEC?, esto se los contaré a detalle en una siguiente entrega, por ahora solo les diré que tuvimos que emplear mucha tecnología y creatividad.

Luis E. Flores Olazo. - Responsable de laboratorio de Microfluídica y BioMems