Um conceito importante no futuro da saúde é o desenvolvimento de dispositivos chamados "lab on a chip". Esses "chips, "não relacionado aos eletrônicos encontrados em computadores, são pequenos dispositivos nos quais fluidos biológicos - sangue ou urina, por exemplo - são injetados para preencher canais microscópicos especificamente projetados. Esses canais conteriam biossensores que poderiam detectar, por exemplo, marcadores específicos para doenças dentro do fluido e fornecer um diagnóstico rápido. Uma grande variedade de análises pode ser realizada em um dispositivo de alguns centímetros quadrados. Contudo, um problema que surge é o tamanho da amostra de fluido injetada dentro do chip, com pequenos volumes até um bilionésimo de litro. Devido à falta de tecnologias disponíveis, os pesquisadores ainda não entendem completamente como os fluidos - particularmente os complexos de origem biológica - se comportam em escalas tão pequenas.

A Profa. Amy Shen e seus membros da equipe da Unidade Micro / Bio / Nanofluídica do OIST concentraram seus esforços no uso da microfluídica como uma ferramenta para revelar as leis e os princípios que regem o comportamento de fluidos complexos em escala microscópica. Então, em uma segunda fase, eles fazem uso dessas descobertas para fornecer aplicações diretas em saúde e biotecnologia. Suas descobertas recentes podem ser encontradas no Journal of Rheology do American Institute of Physics.

Caracterizando o comportamento de soluções de polímero em escala microscópica

Os polímeros são moléculas grandes construídas a partir de muitas unidades semelhantes repetidas. Eles são onipresentes na vida cotidiana, constituindo a maioria dos materiais sintéticos que usamos, de tecidos a borracha e poliestireno. As soluções de polímero líquido podem ser encontradas em muitos itens comerciais, desde produtos de limpeza doméstica até tintas. Mas é na escala microscópica que as soluções de polímero podem melhorar drasticamente as ferramentas de diagnóstico.

"Quando você adiciona um polímero a uma suspensão de partículas em água, você desencadeia um novo fenômeno no canal microfluídico, "Dr. Del Giudice explicou." Esses polímeros começam a agir como molas para chutar partículas ou células na suspensão, empurrando-os para o meio do canal e promovendo seu alinhamento. "Ser capaz de organizar partículas ou células dentro de um canal microscópico representa uma grande melhoria para o uso de biossensores em diagnósticos de saúde. As soluções de polímero podem até separar e classificar componentes diferentes por tamanho em um fluido biológico complexo - por exemplo, sangue, composto de células e agregados de vários tamanhos - dentro de um único chip microfluídico.

Mas esse fenômeno é altamente dependente da natureza do próprio polímero. Leva tempo para o polímero em uma solução diluída retornar à sua forma original após ser deformado pelo fluxo. Este atraso, chamado de tempo de relaxamento, é um parâmetro crítico para medir a fim de descrever o comportamento do polímero. Hoje, as técnicas atuais para medir os tempos de relaxamento são limitadas pela sensibilidade dos instrumentos comerciais disponíveis, que só são capazes de medir tempos de relaxação relativamente longos, como aqueles de soluções de polímero concentradas em grandes volumes.

Em seu trabalho, O Dr. Francesco Del Giudice e o Dr. Simon Haward projetaram dispositivos microfluídicos para observar a deformação e relaxamento do polímero em canais de largura de micrômetro. Essas plataformas permitem aos pesquisadores esticar ou cisalhar polímeros à vontade, usando baixos volumes e baixas concentrações, e registrar as reações a essas forças. Desta maneira, eles podem caracterizar fluidos poliméricos diluídos com tempos de relaxamento ainda muito curtos, e assim ter uma ideia muito melhor de seu comportamento na escala microscópica.

O uso dessas novas ferramentas microfluídicas permitiria aos pesquisadores gerar um catálogo de diversos fluidos poliméricos cujos tempos de relaxamento são conhecidos. Com esse banco de dados à sua disposição, os cientistas poderiam então escolher um polímero apropriado para o alinhamento e / ou separação de moléculas dentro do fluido biológico que desejam estudar dentro de seu chip. "Por aqui, compreender as soluções de polímero permitirá que você crie uma plataforma de alto rendimento em um chip feito de vários módulos diferentes, cada um realizando análises diferentes ", acrescentou o Dr. Del Giudice.