Sistemas Lab-on-chip: Del prototipo a la producción en serie en poco tiempo
Una solución única en el mundo que ahorra tiempo y costes
Se utiliza millones de veces al día en todo el mundo: como laboratorio portátil en miniatura, la prueba rápida de antígenos Corona está demostrando claramente el potencial de los sistemas lab-on-chip. El análisis en muy poco tiempo es de inmensa importancia, especialmente durante una pandemia. Cada vez se utilizan más estos sistemas médicos en miniatura en los diagnósticos. Sin embargo, el desarrollo y la fabricación de sistemas de análisis más complicados lleva asociados unos costes elevados. En el proyecto de investigación SIMPLE-IVD, los científicos del Instituto Fraunhofer de Tecnología de Materiales y Rayos IWS trabajan con varios socios para desarrollar nuevos procesos y métodos de fabricación para la producción rentable de cartuchos de pruebas rápidas.
Florian Schmieder comprueba el prototipo de un complejo cartucho de diagnóstico in vitro para la separación de sangre. Fraunhofer IWS está desarrollando nuevos métodos para la producción rentable de dichos cartuchos con socios industriales en el proyecto SIMPLE-IVD.
© ronaldbonss.com/Fraunhofer IWS
Los sistemas Lab-on-chip tienen un tamaño de pocos centímetros, pero combinan diversas funcionalidades en esta pequeña superficie, como sólo permitían los laboratorios bien equipados en el pasado. "Especialmente en la medicina personalizada, desempeñarán un papel importante en el futuro", espera el Dr. Frank Sonntag, jefe del departamento de Ingeniería de Micro y Biosistemas de Fraunhofer IWS. Las cantidades mínimas de líquido de las muestras de los pacientes pueden analizarse de forma totalmente automatizada. La sencillez de la manipulación permitirá también en el futuro realizar diagnósticos de laboratorio cercanos al paciente. Es cierto que en los últimos años se han desarrollado en todo el mundo diversos sistemas lab-on-chip. Sin embargo, sólo un pequeño número de ellos ha llegado al mercado. "El obstáculo es la ampliación de las pruebas desarrolladas a escala de laboratorio para su producción en masa", explica. Fraunhofer IWS ha desarrollado una solución a estos problemas de industrialización.
Planificar una vez para varios procesos simultáneos
El proyecto "Microfabricación escalable de sistemas poliméricos de diagnóstico in vitro" (SIMPLE-IVD) se centra en los cartuchos de diagnóstico in vitro (DIV) para pruebas rápidas. "En la actualidad aún no se dispone de procesos de producción prototípicos para pasar de las pequeñas series a las grandes cantidades", explica Florian Schmieder, director del proyecto SIMPLE-IVD. Los procesos de producción en el laboratorio incluyen la fabricación aditiva o la laminación multicapa, es decir, la acumulación en capas de películas de polímero, que se implementarían para la producción en serie en procesos de moldeo por inyección o rollo a rollo. "Hasta ahora, los fabricantes tenían que volver a empezar para ampliar el proceso", explica el científico del Grupo de Ingeniería de Micro y Biosistemas de Fraunhofer IWS.
Su equipo ha encontrado ahora una solución a este problema desarrollando y probando reglas de diseño especiales. Con su ayuda, ya en la fase de diseño de los cartuchos de DIV, los productores pueden cumplir los requisitos de una amplia variedad de procesos de fabricación, tanto para el desarrollo de prototipos como para pequeñas y grandes series. Los científicos de Fraunhofer IWS ya han creado estas reglas de diseño para varias tecnologías de fabricación clásicas. Además del moldeo por inyección y la fundición al vacío, incluyen la laminación multicapa, la embutición profunda y varios procesos aditivos. "En el futuro, ampliaremos constantemente la gama", adelanta Schmieder. En este contexto, también se pueden desarrollar soluciones con los clientes lo más rápidamente posible que se ajusten exactamente a sus necesidades. En la práctica, también sería posible una transformación inversa de las series grandes a las pequeñas. Los conjuntos de diseño no sólo atraerán a los fabricantes de cartuchos IVD, añade Schmieder: "Actualmente hay numerosas empresas biotecnológicas de nueva creación que necesitan precisamente estas opciones".
Una solución única en el mundo que ahorra tiempo y costes
La principal ventaja que ofrece este innovador método es que los prototipos y las pequeñas series pueden convertirse en soluciones industriales con mayor rapidez que antes. De este modo, los sistemas Lab-on-chip alcanzan la madurez del mercado con mayor rapidez y están a disposición de los usuarios más rápidamente. "Con nuestra solución única en el mundo, podemos reducir casi a la mitad el tiempo que antes se requería en este sentido", aclara el investigador del Fraunhofer IWS. Como resultado, se reducirán los costes en el proceso de fabricación.
Todas las empresas que participan en el proyecto están probando y validando las reglas de diseño. "Las tecnologías de traslación desarrolladas en el proyecto conjunto SIMPLE-IVD nos ayudan, como fabricantes de tecnologías innovadoras de separación de sangre, a desarrollar nuevos productos de forma rápida y rentable desde el prototipo hasta el producto acabado en serie", destaca también los resultados obtenidos hasta la fecha el Dr. Wilhelm Gerdes, CSO de Cell.Copedia GmbH de Leipzig. Otros participantes son Microfluidic ChipShop mbH, de Jena, y las dos empresas de Dresde GeSIM Gesellschaft für Silizium-Mikrosysteme y Michael Sander Kunststofftechnik GmbH. SIMPLE-IVD se financia con fondos del Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania.
Al final del proyecto, en 2022, los resultados se traducirán en un conjunto de datos universal. "Queremos utilizar diferentes métodos para producir cartuchos de DIV funcionalmente equivalentes", dice Florian Schmieder, explicando los antecedentes. El objetivo es lograr la misma alta calidad de los productos finales utilizando diferentes métodos y permitiendo resultados idénticos en la aplicación. Las pruebas IVD personalizadas permiten el cribado individual y permanente de las enfermedades en la asistencia sanitaria. "Nuestro novedoso método permite abrir el mercado de la detección precoz de enfermedades que en la actualidad no pueden ser cubiertas por los servicios de cribado reglamentarios por razones de coste", resume Frank Sonntag. También podría utilizarse para aplicaciones de diagnóstico en la asistencia domiciliaria o en centros de enfermería.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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