Dispositivos microfluídicos são ferramentas de teste compactas compostas por minúsculos canais esculpidos em um chip, que permitem que pesquisadores biomédicos testem as propriedades de líquidos, partículas e células em microescala. Eles são cruciais para o desenvolvimento de medicamentos, testes de diagnóstico e pesquisa médica em áreas como câncer, diabetes e agora COVID-19. No entanto, a produção desses dispositivos é muito trabalhosa, com canais e poços minúsculos que geralmente precisam ser gravados manualmente ou moldados em um chip de resina transparente para teste. Embora a impressão 3D tenha oferecido muitas vantagens para a fabricação de dispositivos biomédicos, suas técnicas anteriormente não eram sensíveis o suficiente para construir camadas com os mínimos detalhes necessários para dispositivos microfluídicos. Até agora.
Pesquisadores da Escola de Engenharia USC Viterbi desenvolveram agora uma técnica de impressão 3D altamente especializada que permite que canais microfluídicos sejam fabricados em chips em uma microescala precisa não alcançada anteriormente. A pesquisa, liderada por Daniel J. Epstein Departamento de Engenharia Industrial e de Sistemas Ph.D. graduado Yang Xu e professor de engenharia aeroespacial e mecânica e engenharia industrial e de sistemas Yong Chen, em colaboração com o professor de engenharia química e ciência dos materiais Noah Malmstadt e o professor Huachao Mao da Purdue University, foi publicado na Nature Communications .

A equipe de pesquisa usou um tipo de tecnologia de impressão 3D conhecida como fotopolimerização de cuba, que aproveita a luz para controlar a conversão do material de resina líquida em seu estado final sólido.

"Após a projeção de luz, podemos basicamente decidir onde construir as partes (do chip) e, como usamos luz, a resolução pode ser bastante alta dentro de uma camada. No entanto, a resolução é muito pior entre as camadas, o que é crítico desafio na construção de canais de microescala", disse Chen.

"Esta é a primeira vez que conseguimos imprimir algo em que a altura do canal está no nível de 10 mícrons; e podemos controlá-lo com muita precisão, com um erro de mais ou menos um mícron. Isso é algo que nunca foi feito antes, então este é um avanço na impressão 3D de pequenos canais", disse ele.

A fotopolimerização em cuba faz uso de uma cuba preenchida com resina fotopolimérica líquida, a partir da qual um item impresso é construído camada por camada. A luz ultravioleta é então lançada sobre o objeto, curando e endurecendo a resina em cada nível de camada. Quando isso acontece, uma plataforma de construção move o item impresso para cima ou para baixo para que camadas adicionais possam ser construídas nele.

Mas quando se trata de dispositivos microfluídicos, a fotopolimerização em cuba tem algumas desvantagens na criação dos minúsculos poços e canais necessários no chip. A fonte de luz UV muitas vezes penetra profundamente na resina líquida residual, curando e solidificando o material dentro das paredes dos canais do dispositivo, o que obstruiria o dispositivo acabado.

"Quando você projeta a luz, idealmente, você quer apenas curar uma camada da parede do canal e deixar a resina líquida dentro do canal intocada; mas é difícil controlar a profundidade de cura, pois estamos tentando atingir algo que é apenas um lacuna de 10 mícrons", disse Chen.

Ele disse que os processos comerciais atuais só permitem a criação de uma altura de canal no nível de 100 mícrons com controle de precisão ruim, devido ao fato de que a luz penetra muito profundamente em uma camada curada, a menos que você esteja usando uma resina opaca que não t permitir o máximo de penetração de luz.

"Mas com um canal microfluídico, normalmente você quer observar algo ao microscópio, e se for opaco, você não pode ver o material dentro, então precisamos usar uma resina transparente", disse Chen.

Para criar canais com precisão em resina transparente em um nível de microescala adequado para dispositivos microfluídicos, a equipe desenvolveu uma plataforma auxiliar exclusiva que se move entre a fonte de luz e o dispositivo impresso, impedindo que a luz solidifique o líquido dentro das paredes de um canal, para que o teto do canal possa ser adicionado separadamente à parte superior do dispositivo. A resina residual que permanece no canal ainda estaria em estado líquido e pode então ser lavada após o processo de impressão para formar o espaço do canal.

Dispositivos microfluídicos têm aplicações cada vez mais importantes em pesquisa médica, desenvolvimento de medicamentos e diagnósticos.

"Existem muitas aplicações para canais microfluídicos. Você pode fluir uma amostra de sangue através do canal, misturando-a com outros produtos químicos para que você possa, por exemplo, detectar se você tem COVID ou níveis elevados de açúcar no sangue", disse Chen.

Ele disse que a nova plataforma de impressão 3D, com seus canais em microescala, permite outras aplicações, como classificação de partículas. Um classificador de partículas é um tipo de chip microfluídico que utiliza câmaras de tamanhos diferentes que podem separar partículas de tamanhos diferentes. Isso pode oferecer benefícios significativos para a detecção e pesquisa do câncer.

"As células tumorais são ligeiramente maiores do que as células normais, que têm cerca de 20 mícrons. As células tumorais podem ter mais de 100 mícrons", disse Chen. "Neste momento, usamos biópsias para verificar se há células cancerígenas; cortando órgãos ou tecidos de um paciente para revelar uma mistura de células saudáveis ​​e células tumorais. Em vez disso, poderíamos usar dispositivos microfluídicos simples para fluir (a amostra) através de canais com impressões precisas alturas para separar as células em tamanhos diferentes para não permitir que essas células saudáveis ​​interfiram em nossa detecção."

Chen disse que a equipe de pesquisa está agora no processo de registro de um pedido de patente para o novo método de impressão 3D e está buscando colaboração para comercializar a técnica de fabricação para dispositivos de testes médicos. + Explorar mais

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