Notícia

Cientistas criam dispositivos microfluídicos impressos em 3D com autoaquecimento para detectar doenças

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

terça-feira, 12 dezembro 2023 16:55

Áreas

Análises Clínicas. Biologia. Biomateriais. Bioquímica. Biotecnologia. Diagnóstico. Engenharia Biológica. Impressão 3D. Microbiologia.

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, usaram impressão 3D para produzir dispositivos microfluídicos com autoaquecimento, demonstrando uma técnica que algum dia poderá ser usada para criar rapidamente ferramentas baratas, mas precisas, para detectar uma série de doenças.

A microfluídica, aplicada em dispositivos miniaturizados que manipulam fluidos e facilitam reações químicas, pode ser usada para detectar doenças em pequenas amostras de sangue ou fluidos. Os kits de teste caseiro para COVID-19, por exemplo, incorporam um tipo simples de dispositivo microfluídico.

Mas muitas aplicações microfluídicas requerem reações químicas que devem ser realizadas em temperaturas específicas. Esses dispositivos microfluídicos mais complexos, que normalmente são fabricados em salas limpas, são equipados com elementos de aquecimento feitos de ouro ou platina, usando um processo de fabricação complicado e caro, difícil de fazer em escala.

Em vez disso, a equipe do MIT usou impressão 3D multimaterial para criar dispositivos microfluídicos autoaquecidos com elementos de aquecimento integrados, por meio de um processo de fabricação único e barato. Eles geraram dispositivos que podem aquecer o fluido a uma temperatura específica à medida que ele flui através de canais microscópicos dentro do pequeno dispositivo.

A técnica é personalizável, para que um engenheiro possa criar um microfluídico que aqueça o fluido a uma determinada temperatura ou determinado perfil de aquecimento dentro de uma área específica do dispositivo. O processo de fabricação de baixo custo requer cerca de US$ 2 (R$ 10,00) em materiais para gerar um dispositivo microfluídico pronto para uso.

O processo poderia ser especialmente útil na criação de microfluídicos com autoaquecimento para regiões remotas de países em desenvolvimento, onde os médicos podem não ter acesso ao caro equipamento de laboratório necessário para muitos procedimentos de diagnóstico.

“As salas limpas, em particular, onde normalmente seriam fabricados esses dispositivos, são incrivelmente caras para construir e operar. Mas podemos fabricar dispositivos microfluídicos com autoaquecimento usando manufatura aditiva, e eles podem ser fabricados muito mais rápido e mais barato do que com esses métodos tradicionais. Esta é realmente uma forma de democratizar esta tecnologia”, afirmou o Dr. Luis Fernando Velásquez-García, principal cientista dos Laboratórios de Tecnologia de Microssistemas do MIT e autor sénior do artigo que descreve a técnica de fabricação.

Ele é acompanhado no artigo pelo autor principal Jorge Cañada Pérez-Sala, doutorando em Engenharia Elétrica e Ciência da Computação. A pesquisa será apresentada na Conferência PowerMEMS este mês.

Um isolante se torna condutor

O novo processo de fabricação utiliza uma técnica chamada impressão 3D de extrusão multimaterial, na qual vários materiais podem ser direcionados através dos vários bicos da impressora para construir um dispositivo camada por camada. O processo é monolítico, o que significa que todo o dispositivo pode ser produzido em uma única etapa na impressora 3D, sem a necessidade de pós-montagem.

Para criar microfluídicos com autoaquecimento, os pesquisadores usaram dois materiais – um polímero biodegradável conhecido como ácido polilático (PLA), comumente usado em impressão 3D, e uma versão modificada do PLA.

O PLA modificado mistura nanopartículas de cobre ao polímero, o que converte esse material isolante em condutor elétrico, explicou o professor Velásquez-García. Quando a corrente elétrica é alimentada em um resistor composto por PLA dopado com cobre, a energia é dissipada na forma de calor.

Reatores químicos personalizáveis

Os pesquisadores usaram esse processo de fabricação em uma etapa para gerar um protótipo que poderia aquecer o fluido em 4 ^oC enquanto ele fluía entre a entrada e a saída. Esta técnica personalizável poderia permitir-lhes fabricar dispositivos que aqueceriam fluidos em certos padrões ou ao longo de gradientes específicos.

“Você pode usar esses dois materiais para criar ‘reatores químicos’ que fazem exatamente o que você deseja. Podemos configurar um perfil de aquecimento específico e ainda ter todas as capacidades do [dispositivo] microfluídico”, disse o Dr. Luis Velásquez-Garcia.

No entanto, uma limitação advém do fato de o PLA só poder ser aquecido até cerca de 50 ^oC antes de começar a degradar-se. Muitas reações químicas, como aquelas usadas para testes de reação em cadeia da polimerase (PCR), requerem temperaturas de 90 ^oC ou mais. E para controlar com precisão a temperatura do dispositivo, os pesquisadores precisariam integrar um terceiro material que permitisse a detecção de temperatura.

Acesse a notícia completa na página do​ Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês).

Fonte: Adam Zewe, MIT News. Imagem: exemplo de um dos dispositivos microfluídicos desenvolvidos. Fonte: Divulgação, MIT.

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