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Aplica Cideteq sistemas microfluídicos para generar energía


Por Israel Pérez Valencia

Santiago de Querétaro, Querétaro. 1 de agosto de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Desde 2009, el Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica (Cideteq) incursionó en el desarrollo de prototipos microfluídicos para que, a través de combustibles líquidos de alta abundancia como el glicerol, etanol, metanol, etilenglicol y ácido fórmico, se pudiera generar energía.

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Este interés por explorar el campo de los microfluídicos y su utilización es cada vez mayor en áreas como biotecnología, farmacología, química, óptica y energía, lo que dio paso para que un grupo de investigadores impulsara la creación del Laboratorio Nacional de Micro y Nanofluídica, ubicado en las instalaciones del Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica en Querétaro, de acuerdo con el investigador del Cideteq, Abraham Ulises Chávez Ramírez.

“Desde el 2009 comenzamos en Cideteq el estudio de la microfluídica para la generación de energía con el fin de miniaturizar un prototipo; no obstante, aumentar la potencia eléctrica que genera y el crecimiento de la demanda influyó en la síntesis de nuevos materiales y la optimización de las geometrías microfluídicas, lo que representó un trabajo interdisciplinario. La microfluídica es utilizar volúmenes muy pequeños de muestras en el orden de microlitros y picolitros para realizar diversos procesos químicos y poder obtener información de análisis de diagnóstico para distintas aplicaciones, principalmente en el campo de biotecnología, farmacología, química, óptica y energía”, aseguró.

Dr. Abraham Ulises Chavez Ramirez0116Dr. Abraham Ulises Chávez Ramírez.La microfluídica, según Chávez Ramírez, dio origen a lo que es la tecnología de laboratorio en un chip (lab on a chip) que tiene un término equivalente, denominado microsistemas de análisis total (μTAS, por sus siglas en inglés); ambas tecnologías, dijo, están montadas en la microfluídica que es utilizada para realizar diversas funciones que se llevan a cabo en una escala de microchips que va desde centímetros hasta milímetros cuadrados.

“La capacidad que tienen las estructuras microfluídicas es que utilizan volúmenes muy pequeños, se puede secuenciar estas reacciones de una manera muy controlable para tener un sistema estable, se puede hacer desarrollo in situ de respuesta rápida y generan información cualitativa y cuantitativa. La diferencia entre el lab on a chip y los μTAS radica en que los primeros no solamente se enfocan en generar información para análisis, sino también actúan como biosensores y generadores de energía”, destacó.

El investigador del Cideteq apuntó que existe un interés muy importante en el área de microfluídica a nivel mundial. “En el 2015, el mercado de la microfluídica estaba alrededor de los 3.1 billones de dólares, para el 2020 se estima que esté alrededor de los 7.5 billones de dólares, es decir, tiene una tasa de crecimiento alrededor de 19.3 por ciento. Esto se debe a los diversos campos de aplicación que tiene esta tecnología como son la química, biotecnología, la industria farmacéutica —para la dosificación de fármacos—, en sistemas microelectromecánicos (MEM) para las industrias automotriz, aeronáutica y espacial, además del área de diagnóstico médico”, abundó.

Líneas de investigación 

A partir de la importancia que está cobrando el campo de la microfluídica, de acuerdo con Abraham Ulises Chávez Ramírez, se generó la necesidad de proponer este laboratorio nacional, conformado por cuatro instituciones socias y cuyo liderazgo quedó a cargo del doctor Luis Gerardo Arriaga Hurtado, investigador del Cideteq.

“El laboratorio está conformado por cuatro instituciones: el Cideteq, que desarrolla los proyectos de generación de energía y sensores; el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), que trabaja el desarrollo de microemulsiones o sistemas para la dosificación de microemulsiones en el área farmacéutica y de salud; el Centro de Investigación en Materiales Avanzados (Cimav), que pretende sintetizar nanopartículas y microfluídica para generar microrreactores donde se puedan producir nuevos materiales; y la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Querétaro (UAQ), que trabaja con nosotros en la parte de celdas microfluídicas y desarrollo de sensores”, puntualizó.

wallmicro0116Chávez Ramírez destacó que, además de las instituciones socias, en el Laboratorio Nacional de Micro y Nanofluídica participan también otras instituciones como son la Unidad Monterrey del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional (IPN); el Centro de Investigaciones en Óptica (CIO), que trabaja la parte de fluídica para medios ópticos y detección por procesos ópticos en sistemas microfluídicos; la Universidad Autónoma de San Luis Potosí (UASL); el Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica (Ipicyt), así como la Universidad de Guanajuato y la Unidad Zacatenco del Cinvestav.

"Esta es una asociación inicial que pretendemos siga creciendo, y con ello se adhieran nuevos socios dentro de los centros Conacyt, universidades y también las industrias, de manera que se pueda sustentar económicamente y justificar este laboratorio nacional para que funcione de manera descentralizada. Es lo que queremos, un laboratorio matriz pero también con presencia en las sedes de los demás socios", señaló.

Laboratorio Nacional de Micro y Nanofluídica

En ese sentido, el investigador posdoctoral del Cideteq, Jannu Ricardo Casanova Moreno, aseguró que este laboratorio se compone de una sala blanca para hacer microfabricaciones o dispositivos que tengan estructuras de dimensiones de cientos de micras, que requieren condiciones ambientales especiales, libres de polvo y temperatura controlada.

“El polvo es de la misma magnitud, entonces si lo que se pretende es crear un canal de 10 micras y le cae ese polvo, lo puede llegar a bloquear, para eso tenemos muchos filtros de alta eficiencia que no dejan pasar partículas de más de 0.3 micras; por otra parte, los procesos por los que se fabrican estos dispositivos pueden tener variaciones respecto a la temperatura, por lo que es necesaria la precisión”, aseguró.

Respecto al equipo con que cuenta el laboratorio, Casanova Moreno indicó que se cuenta con sistemas de fabricación con polímeros fotosensibles y con deposición de superficies delgadas, de metales y otros materiales.

“Con base en esas dos plataformas se planea tener, por un lado, electrodos metálicos depositados en superficies aislantes de vidrio, silicio o algunos polímeros, y encima tener otros que se les pueden hacer canales donde está la solución, y con todo esto dar funcionalidad a los dispositivos que se fabriquen”.

El investigador posdoctoral del Cideteq explicó que este laboratorio especializado cuenta también con un sistema de fotolitografía por escritura directa, con la capacidad de hacer canales de 2.5 micras, con todos los accesorios que se requieren para la fabricación de chips.

“Estamos adquiriendo equipos de deposición por vapor de esputerin, de microscopios de fluorescencia y microscopios electroquímicos para el monitoreo y evaluación de los dispositivos y otro tipo de equipamiento especializado en microfluídica. Hay pocos laboratorios en México especializados en celdas de combustible microfluídicas y sensores biológicos en condiciones limpias; existen a nivel industrial, por supuesto, pero a nivel de investigación hay pocos y están más enfocados en la industria de los semiconductores de dispositivos electrónicos, por lo que este laboratorio ofrece opciones muy interesantes de investigación y desarrollo tecnológico que no se hacen en otros lugares a nivel nacional”, finalizó.

 



Dr. Luis Gerardo Arriaga Hurtado

Líder del proyecto del Laboratorio Nacional de Micro y Nanofluídica
Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica (Cideteq)

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Dr. Abraham Ulises Chávez Ramírez
Investigador 
Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica (Cideteq)

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