Esquema do dispositivo microfluídico optoeletrowetting acionado por luz coplanar que apresenta uma grade de malha de metal integrada. Uma gota na superfície do dispositivo é acionada e movida ao redor do plano bidimensional sob a influência de um padrão óptico incidente. Crédito:Jodi Loo et al. doi:10.1117 / 1.JOM.1.3.034001.
As tecnologias microfluídicas têm visto grandes avanços nas últimas décadas no tratamento de aplicações como a análise bioquímica, desenvolvimento farmacêutico, e diagnósticos de ponto de atendimento. A miniaturização de operações bioquímicas realizadas em plataformas microfluídicas lab-on-a-chip se beneficiam de amostra reduzida, reagente, e volumes de resíduos, bem como maior paralelização e automação. Isso permite operações mais econômicas junto com maior rendimento e sensibilidade para análise e detecção de amostras mais rápidas e eficientes.
A optoeletrowetting (OEW) é uma tecnologia digital optofluídica que se baseia nos princípios da eletrowetting controlada por luz e permite a atuação e manipulação de gotículas discretas. Dispositivos OEW têm muitas vantagens, como a capacidade de grande escala, tempo real, e controle reconfigurável de gotículas do tamanho de picolitros a microlitros, ajustando o número e o tamanho dos padrões de luz óptica de baixa intensidade incidentes no dispositivo. Com cada gota individual no dispositivo OEW atuando como sua própria câmara de biorreação, o dispositivo OEW também tem a capacidade de suportar recursos multiplex. Isso pode ser benéfico em aplicações como análise de célula única e genômica ou bibliotecas combinatórias.
Os dispositivos OEW tradicionais anteriores fornecem uma plataforma flexível para realizar ensaios químicos e biológicos, como reação em cadeia da polimerase isotérmica em tempo real com técnicas básicas de manipulação de gotículas. Contudo, nestes dispositivos OEW, gotículas são ensanduichadas entre um substrato OEW ativo inferior e um substrato de eletrodo de aterramento de camada superior, forçando quaisquer configurações fluídicas de entrada / saída a serem integradas a partir das aberturas laterais. Embora viável, isso pode ser um fator limitante para a integração do sistema.
Pesquisadores da Universidade da Califórnia, Berkeley, criou um lado único, dispositivo OEW coplanar que permite a atuação individualizada e paralela de gotículas e se beneficia de uma acessibilidade mais fácil de gotículas de cima para mais esquemas de configuração de entrada / saída. Isso foi conseguido eliminando a necessidade de um eletrodo de cobertura superior encontrado em dispositivos OEW tradicionais, fabricando uma grade de malha de metal integrada no dispositivo OEW. As gotas ainda podem se mover livremente ao redor da superfície do dispositivo bidimensional e agora são acessíveis de cima devido ao design aberto.
A luz é iluminada seletivamente na camada fotocondutora sob parte da linha de contato de uma gota para obter um desequilíbrio de força eletromecânica dentro da gota. Isso faz com que a gota se mova em direção ao padrão de luz. Crédito:Jodi Loo et al. doi:10.1117 / 1.JOM.1.3.034001.
Em sua pesquisa, publicado recentemente no novo SPIE's Journal of Optical Microsystems , eles também derivaram um modelo teórico do dispositivo OEW coplanar para entender melhor como a grade de malha metálica integrada afeta o desempenho do dispositivo e das gotículas. A análise coletada do modelo OEW coplanar foi usada para otimizar a estrutura e operação do dispositivo coplanar. Eles demonstraram a capacidade de manipulação básica de gotículas, como operações de gotículas individuais em paralelo, fusão de várias gotas, e a capacidade de manusear e mover gotículas com vários volumes simultaneamente.
O dispositivo coplanar melhora o desempenho de atuação de gotículas do dispositivo OEW tradicional com velocidades mais de duas vezes mais rápidas, até 4,5 cm / s. Velocidades de gota mais altas no dispositivo OEW coplanar alcançadas apesar de uma redução marginal na força efetiva em comparação com o dispositivo OEW tradicional podem ser parcialmente atribuídas à redução no atrito devido à eliminação da tampa superior.
Além disso, a capacidade de operar dispositivos OEW coplanares com intensidade de luz reduzida em 95% foi demonstrada. Para mostrar o benefício de ter gotículas expostas para acomodar uma gama mais ampla de configurações de entrada / saída, um sistema de distribuição de gota sob demanda de cima foi integrado com o dispositivo OEW coplanar para injetar, coletar, e posicionar gotículas individuais e formar matrizes de gotículas em grande escala de até 20 por 20, cobrindo toda a superfície do dispositivo. A criação de dispositivos OEW maiores deve permitir que ainda mais gotas sejam acomodadas no chip.
Com esta pesquisa, a equipe desenvolveu uma plataforma OEW para manipulação confiável de gotículas que pode realizar a maioria das técnicas biológicas e químicas básicas de bancada. O dispositivo coplanar OEW expande a flexibilidade e a gama de possibilidades para tecnologias optofluídicas para realizar maiores capacidades de integração de sistema e aplicações biológicas e químicas.
