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Revestimentos inspirados na natureza podem alimentar dispositivos ‘lab-on-a-chip’ para testes diagnósticos mais rápidos e baratos
Um revestimento desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Toronto, no Canadá, permite que certos líquidos se movam pelas superfícies sem perda de fluido – e pode inaugurar novos avanços em uma variedade de campos, incluindo testes médicos.
O novo revestimento – criado no laboratório DREAM (Durable Repellent Engineered Advanced Materials), liderado pelo Dr. Kevin Golovin, professor de Engenharia Mecânica na Faculdade de Ciências Aplicadas e Engenharia da Universidade de Toronto- foi inspirado no mundo natural.
“A natureza já desenvolveu estratégias para transportar líquidos através de superfícies a fim de sobreviver”, disse Mohammad Soltani, doutorando e pesquisador no Laboratório DREAM e autor principal de um artigo publicado recentemente na revista científica Advanced Functional Materials. “Fomos inspirados pelo modelo estrutural de materiais naturais, como folhas de cacto ou seda de aranha. Nossa nova tecnologia pode transportar direcionalmente não apenas gotas de água, mas também líquidos de baixa tensão superficial que se espalham facilmente na maioria das superfícies”, destacou o pesquisador.
A inovação tem implicações importantes para a microfluídica, um campo em que pequenas quantidades de líquidos são transportadas em canais minúsculos – geralmente com menos de um milímetro de largura. A técnica tem muitas aplicações potenciais, incluindo a miniaturização de testes analíticos padrão realizados em laboratórios químicos.
Ao reduzir a quantidade de amostra e reagentes necessários, bem como automatizar protocolos para trabalhar com eles, a microfluídica pode alimentar dispositivos ‘lab-on-a-chip’ que oferecem testes diagnósticos rápidos e baratos.
Os proponentes esperam que a abordagem possa levar ao diagnóstico de várias doenças em minutos, usando apenas uma ou duas gotas de sangue. Mas os dispositivos microfluídicos atuais têm uma limitação importante: eles só podem lidar com líquidos com alta tensão superficial, como a água. Esta propriedade, também conhecida como coesão, significa que o líquido tem maior tendência para se colar a si próprio do que às paredes do canal por onde é transportado.
Líquidos de alta tensão superficial formam gotículas discretas que podem ser movidas independentemente – como gotas de chuva no vidro da janela. A coesão pode até ser explorada para puxar as gotículas de líquido ao longo do canal por meio de um processo conhecido como ação capilar.
Em contraste, líquidos de baixa tensão superficial, como álcoois e outros solventes, tendem a aderir aos lados dos canais e podem ser transportados por apenas cerca de 10 milímetros antes da gota se desintegrar. A ação capilar não se aplica mais, então o transporte requer uma força externa, como magnetismo ou calor, para mover as gotículas.
É aí que entra o novo revestimento desenvolvido no laboratório DREAM. Ele permite que líquidos de baixa tensão superficial sejam transportados em distâncias de mais de 150 milímetros sem perder nenhum volume do líquido, ou cerca de 15 vezes mais do que atualmente possível.
A tecnologia usa dois revestimentos de polímero recentemente desenvolvidos – um dos quais é mais repelente de líquidos do que o outro. Ambos são compostos por ‘escovas’ de polímero líquido. O revestimento mais repelente atua como um fundo, circundando o revestimento menos repelente e criando pequenos canais ao longo da superfície. Os canais permitem que os líquidos se movam em um padrão ou direção desejada sem perder nada do líquido durante o transporte ou requerer entrada de energia adicional.
“Os revestimentos de escova de polímero reduzem o atrito do fluido e permitem que as gotas sejam transportadas passivamente. Menos atrito significa mais energia disponível para transportar o líquido. Em seguida, criamos uma força motriz projetando os canais com padrões específicos”, explicou Mohammad Soltani.
A capacidade de transportar líquidos de baixa tensão superficial sem perda permitirá avanços em dispositivos ‘lab-on-a-chip’. Usando esses revestimentos exclusivos, os pesquisadores têm a capacidade de transportar líquidos por um longo intervalo, mover vários líquidos ao mesmo tempo ao longo de um caminho preciso e até mesmo mesclar e dividir as gotículas – tudo sem perder nenhum volume ou sofrer contaminação cruzada.
A tecnologia também pode ajudar a limitar o desperdício em laboratórios de pesquisa. Sem nenhum resíduo deixado na superfície do dispositivo e, portanto, sem risco de contaminação cruzada, os pesquisadores podem usar os mesmos dispositivos repetidamente.
“Estamos pensando em usar essa tecnologia para bioensaios microfluídicos, pois esta é uma área onde cada gota de líquido é preciosa. Nossas descobertas também têm grande potencial para o avanço do diagnóstico de ponto de atendimento, como doença hepática ou renal, onde a triagem de marcadores biológicos é frequentemente realizada em meio não aquoso”, concluiu o Dr. Kevin Golovin.
Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).
Acesse a notícia na página da Universidade de Toronto (em inglês).
Fonte: Lynsey Mellon, Universidade de Toronto.
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