Investigadores de Japón han hecho un hallazgo significativo en el ámbito de la microfluídica, revelando un nuevo criterio para el ordenamiento de partículas en canales microfluídicos. Este avance podría transformar el diagnóstico de enfermedades y las biopsias líquidas, gracias al uso del superordenador «Fugaku». Un equipo conjunto de la Universidad de Osaka, la Universidad de Kansai y la Universidad de Okayama ha demostrado que las partículas blandas, como las células biológicas, presentan patrones de enfoque únicos en comparación con las partículas rígidas.
Los resultados de este estudio, publicados en el Journal of Fluid Mechanics, abren la puerta a dispositivos microfluídicos de próxima generación que aprovechan la deformabilidad de las células y partículas. Este avance promete una clasificación celular altamente eficiente, con aplicaciones biomédicas que incluyen la detección temprana de cáncer.
Impacto en la detección de enfermedades
La microfluídica implica la manipulación de fluidos a una escala microscópica. El control del movimiento de partículas dentro de microcanales es crucial para la clasificación celular y los diagnósticos. Se espera que esta tecnología permita una detección y tratamiento del cáncer en etapas más tempranas. Hasta ahora, la investigación se había centrado en partículas rígidas, que típicamente se concentran cerca de las paredes del canal, dejando en gran medida sin explorar el comportamiento de las partículas deformables.
El objetivo del estudio fue entender cómo la deformabilidad de las partículas influye en sus patrones de enfoque. Los investigadores utilizaron partículas de hidrogel diseñadas para imitar el tamaño y la suavidad de las células. A través de una combinación de experimentos, simulaciones y modelado teórico, el equipo reveló diferencias marcadas en el comportamiento de enfoque. Mientras que las partículas rígidas migran hacia puntos específicos cerca de las paredes del canal, las partículas blandas se enfocan en el centro del canal o a lo largo de las diagonales, dependiendo de las condiciones del flujo.
Con el poder computacional del «Fugaku», los investigadores simularon el comportamiento de las partículas bajo diversos regímenes de flujo definidos por el número de Reynolds (inercia) y el número de Capilaridad (deformabilidad). Estas simulaciones revelaron una «transición de fase» en el patrón de enfoque, regida por la relación de estos dos números, conocida como el número de Laplace. Un nuevo modelo teórico explica esta transición, ofreciendo perspectivas fundamentales sobre la física subyacente.
Este estudio marca un hito en la tecnología microfluídica de próxima generación, incorporando la deformabilidad de las partículas como un parámetro crítico de diseño. Este enfoque representa un cambio de la tradición empírica hacia un enfoque científicamente fundamentado en el diseño de canales microfluídicos.
El control mejorado sobre la clasificación celular promete avances biomédicos significativos, que incluyen una detección temprana de cáncer más eficiente al identificar rápidamente células cancerosas en función de su deformabilidad distintiva en comparación con las células sanas. Además, se podrán monitorear cambios en la rigidez celular para evaluar la eficacia del tratamiento. «Estamos comprometidos a seguir desarrollando esta tecnología para realizar su pleno potencial en el cuidado de la salud y la biotecnología», afirmó Yuma Hirohata, autor principal del estudio.
Más información:
Yuma Hirohata et al, Estudio experimental y numérico sobre la migración inercial de partículas de hidrogel suspendidas en flujos de canales cuadrados, Journal of Fluid Mechanics (2025). DOI: 10.1017/jfm.2025.10574
Proporcionado por
Universidad de Osaka
