Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) descobriram uma fonte potencial de erro ao usar ondas acústicas para medir as propriedades de fluidos como o sangue. Sua descoberta levanta a possibilidade de testes diagnósticos mais precisos para certos tipos de câncer no sangue e triagem mais precisa das células sanguíneas.
Todas as ondas acústicas, incluindo o ultrassom, criam regiões de alta e baixa pressão alternadas em um meio como ar, água e outros fluidos, como sangue. Os pesquisadores freqüentemente os usam para estudar as propriedades de pequenos volumes de "microfluidos", aqueles confinados a vasos que não são mais largos que a espessura de um cartão de crédito.

Para medir as propriedades de uma amostra de microfluido de sangue, os pesquisadores usam ondas de ultrassom de frequência e energia conhecidas, geradas logo abaixo da parede inferior do vaso por um cristal piezoelétrico, um material que pode converter o fluxo de eletricidade em ondas acústicas. As ondas que penetram no fluido percorrem principalmente a superfície inferior, entre o líquido e a parede. Depois que as ondas saem do fluido, os cientistas detectam qualquer perda de energia ou mudança na frequência das ondas. Essas medições podem revelar propriedades cruciais para medir o fluxo de sangue, que pode ser perigosamente lento em alguns pacientes com câncer de sangue. As ondas acústicas também podem classificar células no sangue total.

Pesquisadores biomédicos e oncologistas têm um interesse particular em medir a viscosidade de um microfluido. Às vezes referida como a espessura de um fluido, a viscosidade é definida mais precisamente como uma medida da resistência de um fluido ao cisalhamento. Por exemplo, o melaço resiste ao cisalhamento muito mais do que a água e é cerca de 5.000 vezes mais viscoso, explicando seu comportamento de vazamento lento.

Pessoas com certos tipos de câncer no sangue, incluindo mieloma múltiplo, leucemia e macroglobulinemia de Waldenström, podem ter plasma sanguíneo tão viscoso que pode interferir na circulação do sangue por todo o corpo. Para avaliar essa condição, conhecida como síndrome de hiperviscosidade, os médicos contam com uma variedade de medições, como a viscosidade do sangue total e do soro sanguíneo.

Para medições acústicas dessas propriedades, a equipe de pesquisa do NIST descobriu que uma propriedade frequentemente ignorada conhecida como deslizamento deve ser levada em consideração para garantir sua precisão. Deslizamento refere-se ao movimento do microfluido enquanto desliza contra as paredes sólidas de seu recipiente. O deslizamento em um microfluido, descobriram os pesquisadores, é semelhante ao observado em um truque de festa familiar, quando alguém puxa uma toalha de mesa, deixando para trás os pratos e talheres. (Sem escorregar, a louça cairia com a toalha.)

Um microfluido experimenta deslizamento simplesmente devido ao fluxo de fluido contra a parede de seu recipiente. Mas quando as ondas acústicas entram no microfluido, elas introduzem um segundo tipo de deslizamento. O movimento periódico das ondas acústicas - seu ciclo de cristas e vales - faz com que a superfície do microfluido mais próximo da fonte da onda se mova levemente para frente e para trás contra a parede do recipiente. Esse movimento lateral é realmente minúsculo – o movimento não tem mais do que cerca de 15 moléculas de comprimento.

Em uma série de experimentos, Aurore Quelennec (agora na Teledyne Technologies no Canadá), juntamente com os cientistas do NIST Jason Gorman e Darwin Reyes, descobriram que a presença desse deslizamento acústico impede que os microfluidos absorvam tanta energia das ondas acústicas quanto o fariam de outra forma. O estudo da equipe descartou vários outros fatores, como tensão superficial e rugosidade das paredes do recipiente, que também podem ter diminuído a quantidade de energia acústica absorvida pelo microfluido, observou Reyes.

"O deslizamento devido apenas ao fluxo de fluido é bem compreendido", disse Gorman. "No entanto, à medida que surgem muitas novas classes de dispositivos acusto-fluídicos em aplicações de biociência, como classificação de células, lise (quebra da membrana celular) e medição de propriedades de fluidos, o deslizamento acústico está se tornando cada vez mais importante para caracterizar", Gorman disse.

Os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que o deslizamento acústico entre o fluido e a parede do recipiente se assemelha ao de um sólido esfregando contra outro, que é governado pelas leis de atrito de Amontons-Coulomb. A semelhança é importante porque permitirá aos pesquisadores modelar o deslizamento acústico com base em um fenômeno mais familiar e melhor estudado.

Se o deslizamento acústico na interface líquido-sólido for ignorado, a mudança na absorção das ondas acústicas seria inteiramente atribuída às propriedades físicas do microfluido através do qual elas viajam. Embora os pesquisadores não tenham examinado como sua descoberta pode funcionar em estudos acústicos de sangue ou outro material biológico, o deslizamento acústico pode levar a uma medida menos precisa da viscosidade.

O deslizamento de fluido também pode afetar a capacidade das ondas acústicas de classificar células dentro de uma pequena amostra de sangue total. Nesta técnica, as ondas são empregadas para empurrar as células dentro do sangue. Para uma dada energia e intensidade das ondas acústicas, diferentes tipos de células sanguíneas serão empurradas por diferentes quantidades de acordo com seu tamanho e outras propriedades físicas e mecânicas, resultando em uma separação. Mas como o deslizamento reduz a transferência de energia e pressão, a qualidade do processo de classificação será diminuída.

"Se o verdadeiro papel do deslizamento for reconhecido e contabilizado, ele permitirá que as medições acústicas em microfluidos atinjam a maior precisão possível e avancem futuras medições em biologia e medicina", disse Reyes.

Os pesquisadores relataram suas descobertas on-line na edição de 22 de março da Nature Communications . + Explorar mais

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Esta história foi republicada por cortesia do NIST. Leia a história original aqui.