p Os engenheiros do MIT desenvolveram uma nova técnica para capturar moléculas difíceis de detectar, usando florestas de nanotubos de carbono. p A equipe modificou um canal microfluídico simples com uma série de nanotubos de carbono alinhados verticalmente - redes enroladas de átomos de carbono que se assemelham a pequenos tubos de tela de arame. Os pesquisadores já haviam desenvolvido um método para manter nanotubos de carbono em suas extremidades, como árvores em uma floresta. Com este método, eles criaram uma matriz tridimensional de nanotubos de carbono permeáveis ​​dentro de um dispositivo microfluídico, através do qual o fluido pode fluir.

p Agora, em um estudo publicado esta semana no Journal of Microengineering and Nanotechnology , os pesquisadores deram ao arranjo de nanotubos a capacidade de capturar certas partículas. Para fazer isso, a equipe revestiu a matriz, camada por camada, com polímeros de carga elétrica alternada.

p "Você pode pensar em cada nanotubo na floresta como sendo concentricamente revestido com diferentes camadas de polímero, "diz Brian Wardle, professor de aeronáutica e astronáutica no MIT. "Se você desenhou em seção transversal, seria como anéis em uma árvore. "

p Dependendo do número de camadas depositadas, os pesquisadores podem criar nanotubos mais grossos ou mais finos e, assim, adaptar a porosidade da floresta para capturar partículas maiores ou menores de interesse.

p O revestimento de polímero dos nanotubos também pode ser manipulado quimicamente para ligar biopartículas específicas que fluem pela floresta. Para testar essa ideia, os pesquisadores aplicaram uma técnica estabelecida para tratar a superfície dos nanotubos com anticorpos que se ligam ao antígeno específico da próstata (PSA), um alvo experimental comum. As matrizes revestidas com polímero capturaram 40 por cento mais antígenos, em comparação com matrizes sem o revestimento de polímero.

p Wardle diz que a combinação de nanotubos de carbono e revestimentos de multicamadas pode ajudar a ajustar dispositivos microfluídicos para capturar partículas extremamente pequenas e raras, como certos vírus e proteínas.

p "Existem biopartículas menores que contêm quantidades muito ricas de informações que não temos atualmente a capacidade de acessar em dispositivos de ponto de atendimento [testes médicos], como chips microfluídicos, "diz Wardle, quem é co-autor do artigo. "Matrizes de nanotubos de carbono podem realmente ser uma plataforma que pode atingir esse tamanho de biopartícula."

p O autor principal do artigo é Allison Yost, um ex-aluno de graduação que atualmente é engenheiro da Accion Systems. Outros participantes do papel incluem o estudante de graduação Setareh Shahsavari; pós-doutorado Roberta Polak; Escola de Engenharia, Professor de Ensino de Inovação Gareth McKinley; professor de ciência dos materiais e engenharia Michael Rubner, e Raymond A. e Helen E. St. Laurent Professor de Engenharia Química Robert Cohen.

p Uma floresta porosa

p Os nanotubos de carbono têm sido objeto de intenso estudo científico, pois possuem eletricidade excepcional, mecânico, e propriedades ópticas. Embora seu uso em microfluídica não tenha sido bem explorado, Wardle diz que os nanotubos de carbono são uma plataforma ideal porque suas propriedades podem ser manipuladas para atrair certas moléculas nanométricas. Adicionalmente, nanotubos de carbono são 99 por cento porosos, o que significa que um nanotubo tem cerca de 1 por cento de carbono e 99 por cento de ar.

p "Que é o que você precisa, "Wardle diz." Você precisa fazer fluir quantidades de fluido por meio desse material para eliminar todos os milhões de partículas que não deseja encontrar e agarrar aquela que deseja encontrar. "

p O que mais, Wardle diz, uma floresta tridimensional de nanotubos de carbono forneceria muito mais área de superfície na qual as moléculas alvo podem interagir, em comparação com as superfícies bidimensionais na microfluídica convencional.

p "A eficiência de captura seria dimensionada com a área de superfície, "Notas de Wardle.

p Uma variedade versátil

p A equipe integrou uma matriz tridimensional de nanotubos de carbono em um dispositivo microfluídico usando deposição química de vapor e fotolitografia para crescer e padronizar nanotubos de carbono em pastilhas de silício. Eles então agruparam os nanotubos em uma floresta em forma de cilindro, medindo cerca de 50 micrômetros de altura e 1 milímetro de largura, e centralizou a matriz em uma largura de 3 milímetros, Canal microfluídico de 7 milímetros de comprimento.

p Os pesquisadores revestiram os nanotubos em camadas sucessivas de soluções de polímero carregadas alternadamente para criar, camadas de ligação em torno de cada nanotubo. Para fazer isso, eles fizeram cada solução fluir através do canal e descobriram que eram capazes de criar um revestimento mais uniforme com uma lacuna entre o topo da floresta de nanotubos e o teto do canal. Essa lacuna permitiu que as soluções fluíssem, em seguida, para dentro da floresta, coating each individual nanotube. In the absence of a gap, solutions simply flowed around the forest, coating only the outer nanotubes.

p After coating the nanotube array in layers of polymer solution, the researchers demonstrated that the array could be primed to detect a given molecule, by treating it with antibodies that typically bind to prostate specific antigen (PSA). They pumped in a solution containing small amounts of PSA and found that the array captured the antigen effectively, throughout the forest, rather than just on the outer surface of a typical microfluidic element.

p Wardle says that the nanotube array is extremely versatile, as the carbon nanotubes may be manipulated mechanically, electrically, and optically, while the polymer coatings may be chemically altered to capture a wide range of particles. He says an immediate target may be biomarkers called exosomes, which are less than 100 nanometers wide and can be important signals of a disease's progression.

p "Science is really picking up on how much information these particles contain, and they're sort of everywhere, but really hard to find, even with large-scale equipment, " Wardle says. "This type of device actually has all the characteristics and functionality that would allow you to go after bioparticles like exosomes and things that really truly are nanometer scale." p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.