Estudio de la evolución de flujos termocapilares inducidos con un laser IR en películas delgadas de agua para la manipulación de micro-objetos

Resumen

En la actualidad, la micromanipulación ha adquirido un papel importante en el ensamblaje de microcomponentes electromecánicos, ya que hace posible manipular objetos a escala micrométrica de diferentes propiedades y formas geométricas para posteriormente realizar un ensamblado y así crear sistemas cada vez más multifuncionales. Igualmente, el campo de la medicina ha alcanzado grandes avances ya que la micromanipulación nos permite manipular células, moléculas y  bio-partículas en general, para realizar estudios más profundos en lo que respecta al comportamiento de éstas. Así, se requiere de un método de micromanipulación que sea capaz de desplazar micro-objetos biológicos como componentes de una manera rápida, precisa y múltiple que permita un estudio o producción a gran escala. Los métodos preferidos a la escala micrométrica son los métodos de manipulación sin contacto, ya que éstos permiten la manipulación sin dañar y contaminar las muestras u objetos. Dentro de éstos, la utilización de microfluidos para desplazar objetos es de gran interés en la comunidad científica ya que los fluidos permiten arrastrar a los objetos según la dirección y velocidad del fluido, lo que produce una fuerza que desplaza a los micro-objetos. En este trabajo de investigación se presenta un estudio, a través de simulaciones, de la generación de flujos termocapilares en películas delgadas de un líquido como método de manipulación sin contacto. Este método se está volviendo una opción viable para desplazar objetos a esta escala debido a su alta dinámica que permite desplazar objetos a gran velocidad, y además utilizando un bajo consumo de energía para su generación. Este método consiste en establecer un pequeño gradiente de temperatura en la interface líquido-aire de una película delgada, el cual genera  flujos toroidales,  centrados en el foco caliente, que hacen posible el desplazamiento  de los objetos en el interior del fluido, a través de una fuerza de arrastre que se establece. Este estudio nos permitió comprender cómo es la evolución temporal del flujo y cómo poder generarlos de manera controlada para lograr estrategias de manipulación eficientes y precisas. Se obtuvieron valores de velocidad del flujo del orden de  para un haz laser infrarojo que genera aproximadamente 80 mW sobre la muestra.  Además, existe una distancia radial con respecto al foco caliente donde sería más conveniente ubicar los objetos para manipularlos debido al perfil de velocidades que se establecen. También se demostró a través de las simulaciones que es posible establecer un tamaño de espesor de fluido para manipular objetos de un determinado tamaño.