p (PhysOrg.com) - O campo do biossensorio encontrou recentemente um parceiro improvável na busca por maior sensibilidade:anéis de café. A próxima vez que você derramar seu café sobre uma mesa, olhe para o ponto que sobrou depois que o líquido evaporou, e você notará que tem um anel mais escuro em torno de seu perímetro que contém uma concentração de partículas muito maior do que o centro. p Porque este fenômeno de "anel de café" ocorre com muitos líquidos após terem evaporado, os cientistas sugeriram que esses anéis podem ser usados ​​para examinar sangue ou outros fluidos em busca de marcadores de doenças, usando dispositivos de biossensor. Mas um melhor entendimento de como esses anéis se comportam na escala micro e nano provavelmente seria necessário para bionsensores práticos.

p "Compreender o transporte de micro e nanopartículas dentro de gotículas de líquido em evaporação tem um grande potencial para várias aplicações tecnológicas, incluindo automontagem nanoestruturada, padronização de litografia, revestimento de partículas, e concentração e separação de biomoléculas, "disse Chih-Ming Ho, o professor Ben Rich-Lockheed Martin da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da UCLA Henry Samueli e diretor do Centro de Controle Celular da UCLA. "Contudo, antes de podermos projetar dispositivos de biossensor para fazer essas aplicações, precisamos saber os limites definitivos desse fenômeno. Portanto, nossa pesquisa se voltou para a físico-química para encontrar os limites mais baixos da formação de anéis de café. "

p Um grupo de pesquisa liderado por Ho, um membro da Academia Nacional de Engenharia, encontrou agora o limite microscópico mínimo definitivo de formação de anel de café, que pode ser usado para definir padrões para dispositivos biossensores para detecção de múltiplas doenças, bem como outros usos. A pesquisa aparece na edição atual do Journal of Physical Chemistry B e está disponível online.

p "Se considerarmos o sangue humano, ou saliva, tem muitas moléculas ou partículas em escala micro e nano que carregam informações importantes sobre a saúde, "disse Tak-Sing Wong, um dos pesquisadores e um bolsista de pós-doutorado no departamento de engenharia mecânica e aeroespacial da UCLA Engineering. "Se você colocar esse sangue ou saliva em uma superfície, e então seca, essas partículas serão coletadas em uma região muito pequena do anel. Ao fazê-lo, podemos quantificar esses biomarcadores por várias técnicas de detecção, mesmo que sejam muito pequenos e em pequena quantidade nas gotículas. "

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p À medida que a água evapora de uma gota, partículas que estão suspensas dentro do líquido movem-se para as bordas da gota. Uma vez que toda a água evaporou, as partículas estão concentradas em um anel ao redor da mancha que foi deixada para trás. Contudo, se uma gota for pequena o suficiente, a água evaporará mais rápido do que o movimento das partículas. Em vez de um anel, haverá uma concentração relativamente uniforme na mancha, já que as partículas não tiveram tempo suficiente para se mover para as bordas enquanto ainda estavam no líquido.

p “É a competição entre a escala de tempo da evaporação da gota e a escala de tempo do movimento das partículas que dita a formação do anel de café, "disse Xiaoying Shen, o autor principal do artigo e graduado sênior em microeletrônica na Universidade de Pequim, na China, que trabalhou nesses experimentos durante o programa da UCLA Cross Disciplinary Scholars em Ciência e Tecnologia (CSST) no verão passado.

p Para determinar o menor tamanho de gota que ainda mostraria um anel de café após a evaporação, a equipe de pesquisa fabricou uma superfície especial revestida em um padrão quadriculado que apresentava hidrofilia alternada, ou amante da água, material e hidrofóbico, ou repelente de água, material.

p O grupo então colocou partículas de látex, variando em tamanho de 100 nanômetros a 20 nanômetros, na água. As partículas eram semelhantes em tamanho às proteínas marcadoras de doenças que os biossensores procurariam.

p O grupo lavou a nova superfície com a água infundida com partículas. A água restante se alinhou como gotículas nos pontos hidrofílicos, muito parecido com damas em um tabuleiro de damas. O grupo repetiu os experimentos com padrões de grade menores até que o fenômeno do anel do café não fosse mais evidente. Para as partículas de tamanho de 100 nanômetros, isso ocorreu em um diâmetro de gotícula de aproximadamente 10 micrômetros, ou cerca de 10 vezes menor que a largura de um cabelo humano. Neste ponto, a água evaporou antes que as partículas tivessem tempo suficiente para se mover para o perímetro.

p "Saber o tamanho mínimo desse chamado anel de café nos guiará na fabricação dos menores biossensores possíveis, "Wong disse." Isso significa que podemos embalar milhares, até milhões, de pequenos micro-biossensores em um lab-on-a-chip, permitindo realizar um grande número de diagnósticos médicos em um único chip. Isso também pode abrir as portas para a detecção potencial de várias doenças em uma sessão. "

p "There's another important advantage — this whole process is very natural, it's just evaporation, " Wong added. "We don't need to use additional devices, such as an electrical power source or other sophisticated instruments to move the particles. Evaporation provides a very simple way of concentrating particles and has potential in medical diagnosis. Por exemplo, researchers at Vanderbilt University were recently awarded a Gates Foundation Research Fund for proposing the use of the coffee-ring phenomenon for malaria detection in developing countries."

p The researchers are currently optimizing the ring formation parameters and will then explore the application of this approach toward biosensing technologies that are being developed in Ho's laboratory.