Plataformas nanofluídicas “a cielo abierto” basadas en películas mesoporosas.

Abstract

La manipulación de fluidos en la micro y nanoescala es de enorme interés para aplicaciones en diversas áreas. En particular, en esta Tesis se realizó un novedoso enfoque a “cielo abierto” que consiste en aprovechar la imbibición espontánea en películas delgadas mesoporosas para utilizarlas como plataformas inteligentes en dispositivos nanofluídicos versátiles. En el Capítulo 1 se introducen conceptos sobre nanomateriales porosos y aspectos fundamentales del comportamiento de los fluidos en la micro y nanoescala. En este contexto, se presentan los principales desafíos ligados al estudio de la fluidodinámica en películas mesoporosas y a la búsqueda de capacidades que orienten el desarrollo hacia plataformas nanofluídicas para diversas aplicaciones. En el Capítulo 2 se aborda una caracterización estructural y nanofluídica de las matrices y se elabora un modelo teórico que describe la dinámica de imbibición a partir de la acción conjunta de la capilaridad y la evaporación. A partir de este modelo, se logró vincular la mesoestructura con los parámetros nanofluídicos del sistema. En el Capítulo 3, se demuestra que la plataforma es capaz de localizar reacciones químicas cuando se conectan reactivos nanofluídicamente a través de las matrices. Estos resultados muestran la posibilidad de emplear las plataformas para la síntesis controlada de nanomateriales y la detección semicuantitativa de analitos. El Capítulo 4 comprende el desarrollo de un método que permite manipular fluidos en las películas mesoporosas, logrando un control espacio-temporal del movimiento de imbibición dentro de las matrices. Mediante una actuación termoeléctrica, se logra modular la conexión entre fluidos y transportar especies de manera controlada dentro de la matriz. Finalmente, en el Capítulo 5 se integra la microfluídica en papel con las plataformas nanofluídicas para ampliar las capacidades del sistema, logrando moldear los frentes de imbibición, configurar espacialmente reacciones químicas de acuerdo a la geometría del papel y generar una distribución gradual de especies químicas dentro de las películas mesoporosas. En resumen, se desarrolló una plataforma nanofluídica versátil basada en un modo de operación sencillo y autónomo. El enfoque a “cielo abierto” permitió estudiar novedosos aspectos de la dinámica de fluidos en sistemas nanoscópicos, lograr la manipulación precisa de pequeños volúmenes y moldear espacialmente reacciones químicas. Estos resultados contribuyen al desarrollo de dispositivos nanofluídicos híbridos de bajo costo con potenciales aplicaciones en áreas tecnológicas diversas.