Actividad "Microfluídica en Papel"

Descripción¶

El comportamiento de los fluidos cambia drásticamente según la escala. Un río caudaloso es un caos de remolinos (turbulencia), pero en el interior de una aguja hipodérmica o un canal microfluídico, el agua fluye ordenada en capas paralelas (flujo laminar).

En este taller, construiremos dispositivos simples usando papel de filtro para visualizar la magia del flujo laminar y calcularemos por qué las bacterias “sienten” el agua como si fuera miel.

Objetivos de aprendizaje¶

1. Diferenciar cualitativamente entre flujo laminar y turbulento mediante observación directa.

2. Construir canales microfluídicos de bajo costo.

3. Calcular e interpretar el Número de Reynolds ($Re$) para sistemas biológicos.

Materiales¶

• Papel filtro (filtros de café o papel Whatman No. 1).

• Crayones de cera (blancos o de color).

• Colorantes de alimentos (Azul y Rojo).

• Agua.

• Goteros o pipetas Pasteur.

Marco Teórico¶

El Número de Reynolds ($Re$) predice el régimen de flujo:

• $Re < 2000$: Flujo Laminar (dominan las fuerzas viscosas).

• $Re > 4000$: Flujo Turbulento (dominan las fuerzas inerciales).

Parte experimental¶

Experimento 1: El mundo Macro (Turbulencia)¶

1. Llene un vaso transparente con agua.

2. Inyecte rápidamente una chorro de tinta roja.

3. Observe: ¿Se forman remolinos? ¿Se mezcla rápidamente?

Experimento 2: El mundo Micro (Laminaridad)¶

1. Tome un círculo de papel filtro. Use el crayón para dibujar un canal en forma de “Y” (dos entradas, una salida). Presione fuerte para impregnar la cera en el papel (esto crea paredes hidrofóbicas).

2. Coloque una gota de tinta azul en la entrada A y una gota roja en la entrada B.

3. Añada gotas de agua sobre las tintas para empujarlas hacia el tallo de la “Y”.

4. Observe: Cuando los colores se encuentran en el canal principal, ¿se mezclan formando morado o viajan uno al lado del otro como carriles de autopista?

Parte de cálculo: ¿En qué mundo vive una bacteria?¶

Calcule el $Re$ para dos organismos asumiendo que el fluido es agua ($\rho = 1000 \text{ kg/m}^3$, $\mu = 0.001 \text{ Pa}\cdot\text{s}$).

1. Escherichia coli (Nadador microscópico):

   • Longitud $L = 2 \times 10^{-6} \text{ m}$.

   • Velocidad $v = 30 \times 10^{-6} \text{ m/s}$.

2. Ballena Azul (Nadador macroscópico):

   • Longitud $L = 30 \text{ m}$.

   • Velocidad $v = 10 \text{ m/s}$.

Preguntas de discusión¶

1. Según sus cálculos, ¿para quién es más importante la viscosidad del agua, para la bacteria o la ballena?

2. ¿Por qué es difícil mezclar reactivos en un chip de microfluídica? (Piense en su observación del papel).

Entregable¶

Fotos o dibujos de sus experimentos en vaso y papel, junto con los cálculos de $Re$ y las respuestas a la discusión.

Rúbrica de Evaluación¶