Dispositivos microfluídicos podem realizar procedimentos de laboratório médico padrão e condensar cada um em um microchip que pode equilibrar no topo de uma tampa de garrafa de água. Uma equipe da Michigan Technological University, estudando engenharia química, engenharia elétrica e ciência dos materiais, simplifique o projeto de dispositivos microfluídicos para serem transparentes para observar seu funcionamento interno. Usando túneis finos e eletrodos igualmente minúsculos, esses dispositivos canalizam fluidos através de uma corrente elétrica para separar as células, encontrar doenças, e executar testes de diagnóstico.

O problema é que as amostras biológicas não são inertes - elas estão carregadas e prontas para interagir. Quando os fluidos entram em contato com os eletrodos do microdispositivo, explosões podem acontecer. Pequenos. Mas a explosão dos glóbulos vermelhos - causada por um desequilíbrio iônico que rompe as membranas celulares em um processo chamado lise - anula o objetivo de testar os níveis de açúcar no sangue ou o tipo de sangue. Em outros testes, como para câncer ou doenças infecciosas, mexer com a química da amostra pode levar a falsos negativos ou falsos positivos. Interações entre amostras e eletrodos, chamadas reações Faradaicas, pode ser um efeito colateral indesejado na microfluídica.

Para preservar a integridade das amostras e manter uma superfície clara para observar o que está acontecendo dentro do dispositivo, Os engenheiros da Michigan Tech detalham como as finas camadas de óxido de háfnio agem como um protetor de tela de telefone celular para microdispositivos. Seu trabalho foi publicado recentemente em Películas Sólidas Finas e um vídeo de um dispositivo mostra como funciona a camada protetora.

Jeana Collins, professor de engenharia química, estudou microfluídica para sua pesquisa de doutorado na Michigan Tech e é a primeira autora do artigo. Ela explica como o lab-on-a-chip usa um processo chamado dieletroforese.

"A resposta dieletroforética é um movimento, "ela diz." E como você pode dizer que mudou? Ao vê-lo se mover. "

Collins continua explicando que um campo elétrico não uniforme dos eletrodos interage com a carga nas partículas ou células em uma amostra, fazendo com que eles migrem. Muitos dispositivos biológicos lab-on-a-chip dependem desse tipo de resposta elétrica.

"Como engenheiros químicos, lidamos mais com o lado fluídico, "Collins diz, acrescentando que os eletrônicos também são essenciais e um medidor de glicose no sangue é um excelente exemplo. "Você tem o sangue - esse é o seu fluido - e ele entra, você tem um teste feito, então você obtém uma leitura digital. Portanto, é uma combinação de fluidos e eletrônicos. "

Mesmo que um lab-on-a-chip comercializado como um medidor de glicose seja coberto, Collins e outros engenheiros precisam ver o que está acontecendo para obter uma imagem clara ao microscópio. É por isso que o óxido de háfnio, que deixa apenas um leve matiz, é útil no desenvolvimento de design de microdispositivos.

Também, a tecnologia não se aplica a um único dispositivo. Por causa de sua simplicidade, a camada de óxido de háfnio funciona com uma série de designs de eletrodos, mantém uma constante dielétrica consistente de 20,32 e é hemocompatível, ou seja, ele minimiza as reações Faradaicas que podem causar lise celular, de modo que menos células vermelhas do sangue explodem ao se aproximarem dos eletrodos.

Collins e sua equipe testaram três diferentes espessuras de óxido de háfnio - 58 nanômetros, 127 nanômetros e 239 nanômetros. Eles descobriram que, dependendo do tempo de deposição - 6,5 minutos, 13 minutos e 20 minutos - o tamanho do grão e a estrutura podem ser ajustados dependendo das necessidades de dispositivos específicos. O único problema potencial seria para microdispositivos baseados em fluorescência porque o óxido de háfnio interfere com certos comprimentos de onda. Contudo, a transparência óptica da camada o torna uma boa solução para muitos testes biológicos lab-on-a-chip.