A Microfluidic Communication Network For Programmable Passive Droplet-Based Devices: Design, Modeling and Analysis

Abstract

I dispositivi microfluidici costituiscono una rivoluzione nella manipolazione di piccole quantità di fluidi, anche inferiori al picolitro. Le gocce in questi dispositivi fungono da microreattori, poiché sono utilizzate per incapsulare campioni e reagenti. Esse vengono manipolate all'interno del dispositivo per eseguire, su un chip con area nell'ordine dei centimetri, esperimenti normalmente realizzabili solo in laboratorio. L'obiettivo di questa tesi è estendere le funzionalità attuali dei dispositivi microfluidici passivi che manipolano gocce. Questi dispositivi non richiedono l'integrazione di componenti elettronici sul chip microfluidico né strumentazione di controllo per manipolare le gocce in maniera attiva. Essi, piuttosto, sfruttano soltanto effetti idrodinamici e, quindi, non richiedono un processo di fabbricazione complesso e costoso essendo totalmente passivi. I dispositivi microfluidici passivi che manipolano gocce sono usati principalmente per esperimenti e analisi chimiche e biologiche ma non sono in grado di eseguire protocolli di analisi complessi. Infatti, ogni dispositivo è progettato unicamente per una specifica applicazione ed è in grado di compiere solo operazioni semplici sulle gocce. Queste limitazioni possono essere superate introducendo una tecnologia di networking flessibile e modulare, che doti questi sistemi di una rete di comunicazione in modo da consentire sia lo scambio di informazione che di specie chimiche, trasportate entrambe dalle gocce. La rete microfluidica risultante sarà in grado di combinare le funzionalità specifiche di ciascun dispositivo microfluidico connesso ad essa, formando una potente e versatile piattaforma microfluidica in grado di implementare protocolli biochimici diversi su un unico chip.