Quando você pensa em micro ou nanotecnologia, você provavelmente pensa em pequenos aparelhos eletrônicos, como seu telefone, um pequeno robô ou um microchip. Mas os testes COVID-19 - que provaram ser fundamentais para controlar a pandemia - também são uma forma de tecnologia miniaturizada. Muitos testes COVID-19 podem dar resultados em horas, sem a necessidade de enviar uma amostra para um laboratório, e a maioria desses testes usa uma abordagem chamada microfluídica.

Sou professor de bioengenharia e trabalho com microfluídica em minhas pesquisas. Tudo, desde testes de gravidez a tiras de glicose, impressoras a jato de tinta e testes genéticos, depende da microfluídica. Esta tecnologia, sem o conhecimento de muitas pessoas, está em toda parte e é fundamental para muitas das coisas que fazem o mundo moderno girar.

O que são microfluídicos?

Os sistemas microfluídicos são qualquer dispositivo que processe quantidades minúsculas de líquidos. Os fluidos viajam através de canais mais finos que um fio de cabelo, e pequenas válvulas podem ligar e desligar o fluxo. Esses canais são feitos de materiais como vidro, polímeros, papel ou géis. Uma maneira de mover os fluidos é com uma bomba mecânica; outra maneira é usar as cargas superficiais de certos materiais; e ainda outra é usar a chamada ação capilar - mais comumente conhecida como absorção. A absorção é o processo pelo qual a energia armazenada dentro do líquido o impulsiona através de espaços estreitos.

Em pequena escala, os fluidos se comportam de maneiras não intuitivas. Não imagine o turbulento, fluxo caótico saindo de uma mangueira de jardim ou de seu chuveiro. Em vez de, nos volumes restritos de um microcanal, os fluxos são assustadoramente estáveis. Os fluidos descem pelo canal em fluxos paralelos organizados - chamados de fluxo laminar. O fluxo laminar é uma das grandes maravilhas dos sistemas microfluídicos. Os fluidos e partículas no fluxo laminar seguem caminhos que são matematicamente previsíveis - uma necessidade para engenharia de precisão e design de dispositivos médicos.

Esses processos - inspiradores para pesquisadores - existem na natureza há eras. As plantas transportam nutrientes de suas raízes até os ramos mais altos usando capilaridade, a inspiração para circuitos microfluídicos que são alimentados de forma autônoma. Imitando as propriedades físicas das gotas de chuva, químicos desenvolveram dispositivos que quebram uma amostra em milhões de gotas e as analisam em velocidades vertiginosas. Cada gota é essencialmente um minúsculo laboratório químico que permite aos químicos estudar a evolução das biomoléculas e realizar análises genéticas ultrarrápidas, entre outras coisas.

E finalmente, cada canto do corpo humano é microfluídico. Não poderíamos nascer ou funcionar sem intrincados capilares sanguíneos que trazem comida, oxigênio e moléculas de sinalização para cada célula.

Os benefícios da tecnologia minúscula

Muito parecido com a microeletrônica, o tamanho é a chave na microfluídica.

À medida que os componentes ficam menores, dispositivos podem confiar nas propriedades estranhas de líquidos em escalas minúsculas, podem operar com mais rapidez e eficiência e são mais baratos de fabricar. A revolução da microfluídica foi silenciosamente pegando carona em sua contraparte eletrônica.

Outro grande benefício dos dispositivos microfluídicos é que eles requerem apenas pequenas quantidades de líquido e, portanto, podem ter um tamanho minúsculo. A NASA vem considerando analisadores microfluídicos para seus rovers de Marte há muito tempo. A análise de fluidos preciosos - como sangue humano - também se beneficia da capacidade de usar pequenas amostras. Por exemplo, medidores de glicose são instrumentos microfluídicos que requerem apenas uma gota de sangue para medir o açúcar no sangue de um diabético.

Microfluídica em tecnologia, biologia e medicina

Provavelmente, você usa microfluídica com bastante frequência em sua vida. As impressoras a jato de tinta emitem pequenas gotas de tinta. As impressoras 3D espremem o polímero fundido através de um bico microfluídico. A tinta em canetas-tinteiro e canetas esferográficas flui por meio de princípios microfluídicos. Nebulizadores para pacientes asmáticos borrifam uma névoa de gotículas microscópicas de drogas. Um teste de gravidez depende do fluxo de urina dentro de uma tira de papel microfluídica.

Na pesquisa científica, a microfluídica pode direcionar drogas, nutrientes ou qualquer fluido para partes muito específicas dos organismos para simular com mais precisão os processos biológicos.

Por exemplo, pesquisadores prenderam vermes em canais e os estimularam com odores para aprender sobre os circuitos neurais. Outra equipe direcionou nutrientes para áreas específicas da raiz de uma planta para observar diferentes reações aos produtos químicos de crescimento. Outros grupos criaram armadilhas microfluídicas que capturam fisicamente células tumorais raras do sangue. Multidões de chips genéticos microfluídicos fornecem o poder de sequenciar rapidamente o genoma humano e tornar realidade os testes de DNA personalizados, como o 23andMe. Nada disso teria sido possível sem a microfluídica.

O futuro da microfluídica

A microfluídica será fundamental para conduzir a medicina a um novo, ritmo acelerado, era acessível. Dispositivos vestíveis que medem as substâncias no suor para monitoramento de exercícios e dispositivos implantáveis ​​que fornecem medicamentos contra o câncer localmente ao tumor de um paciente são algumas das próximas fronteiras da microfluídica biomédica.

Os pesquisadores estão desenvolvendo complexos, sistemas microfluídicos fascinantes chamados de órgãos em um chip que visam simular vários aspectos da fisiologia humana. No meu próprio laboratório e em outros laboratórios em todo o mundo, as equipes estão desenvolvendo plataformas tumor-on-a-chip para testar drogas contra o câncer de forma mais eficiente. Esses avatares de pacientes permitirão aos cientistas testar novos tratamentos de uma forma que não acarrete custos, sofrimento e questões éticas associadas aos testes em animais ou em humanos. No meu lab, primeiro dissecamos uma biópsia de tumor de um paciente com câncer em milhares de pedaços microscópicos regulares que mantemos vivos. Em virtude de seu pequeno tamanho, podemos usar microfluídica para prender os pequenos pedaços de tumor em vários poços, um poço por droga. Essas amostras retêm o ambiente celular apropriado do tumor, o que nos permitirá prever com mais precisão como um medicamento funcionará para uma pessoa específica.

Imagine ir ao médico, extrair uma biópsia, e em menos de uma semana, usando nosso dispositivo microfluídico, o médico pode descobrir qual coquetel de drogas funciona melhor para remover o tumor. Isso ainda está no futuro, mas o que sabemos é que o futuro será microfluídico.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.