Se você já agitou uma garrafa de molho para salada misturada com azeite e vinagre, você criou temporariamente uma emulsão. Contudo, esse estado é temporário, e os dois componentes logo se separam. Mas, E se você pudesse criar uma emulsão estável em que todas as gotículas minúsculas permanecessem em um tamanho uniforme por um longo tempo? Os bioengenheiros e matemáticos da UCLA fizeram exatamente isso, inventando as primeiras emulsões 'blindadas'.

A armadura vem na forma de pequenas xícaras macias em forma de U, cerca de meio milímetro de comprimento. Com um exterior hidrofóbico (repelente de água) e interior hidrofílico (que atrai água), cada partícula em forma de U captura uma gota de fluido resultando em uma emulsão que permanece intacta após a mistura. A tecnologia abre novos caminhos na produção farmacêutica e química, pesquisa biológica e diagnósticos.

Um estudo detalhando a pesquisa foi publicado recentemente em Avanços da Ciência .

"Eles são como pequenos tubos de ensaio, mas milhares de vezes menores do que os usados ​​atualmente em laboratórios, "disse o líder do estudo Dino Di Carlo, professor de bioengenharia na Escola de Engenharia da UCLA Samueli e professor de Engenharia e Medicina Armond e Elena Hairapetian da UCLA.

"Ao contrário dos tubos de ensaio tradicionais, estes se enchem automaticamente para reter um volume de fluido do tamanho de uma única célula. E como são uniformes em tamanho, eles são ideais para realizar reações químicas repetíveis. Este é um requisito fundamental em pesquisas biológicas e diagnósticos de saúde. "

Em colaboração com Andrea Bertozzi, um distinto professor de matemática na UCLA e o professor Betsy Wood Knapp de inovação e criatividade, a equipe criou modelos matemáticos que descrevem como a geometria e as propriedades da superfície de cada copo interagem com os fluidos para manter volumes uniformes. Os copos em forma de U são fabricados usando uma nova abordagem de impressão 3D em microescala desenvolvida anteriormente pelo grupo de pesquisa de Di Carlo.

"Esta é uma das aplicações mais interessantes de superfícies mínimas em geometria que eu vi em muito tempo, "disse Bertozzi, cuja equipe usou um método numérico aplicado pela primeira vez para simular oscilações de volume 3-D para estudar as configurações de volume ideais para as partículas.

As partículas permitem que reações químicas ocorram em muitas células individuais simultaneamente. As células podem ser mantidas vivas dentro da emulsão e identificadas por uma característica desejada, como uma alta produção de enzimas ou anticorpos, ou resistência a um medicamento. Por causa dos pequenos volumes de líquido aprisionados, os produtos das reações de um pequeno número de células ou moléculas podem se acumular em níveis elevados em horas, em vez de dias. Esses recursos podem ser importantes para acelerar a descoberta de novos medicamentos e agilizar os diagnósticos de saúde, como para infecções bacterianas ou doenças cardiovasculares.

Além de conferir estabilidade de longo prazo à emulsão, as partículas em forma de U podem introduzir uma série de outras propriedades físicas e bioquímicas. A química da superfície das partículas pode ser modificada para capturar marcadores-alvo específicos de doenças. Além disso, a forma das partículas fornece um método único de identificação de cada reação, semelhante a um número de código de barras escrito na lateral de um tubo de ensaio. Outro artigo recente do grupo, que foi publicado em Lab on a Chip , expande o número de formas de partículas possíveis.

"Acreditamos que esta nova abordagem 'lab-on-a-particle' mostra a promessa de superar os sistemas 'lab-on-a-chip' anteriores, eliminando a necessidade de sistemas complexos de bombeamento e controle, "Di Carlo disse." Fazer e usar as emulsões blindadas são bastante fáceis com equipamentos comuns de laboratório, como pipetas e centrífugas. Isso pode permitir que mais laboratórios de pesquisa em todo o mundo conduzam pesquisas impactantes sem um investimento significativo em equipamentos. "