p Dispositivos analíticos microfluídicos baseados em papel (µPADs) são um conceito promissor com rápido desenvolvimento nos últimos anos. Em um novo estudo publicado em Nature:Microsystems &Nanoengineering , uma equipe liderada por Yanfang Guan e Baichuan Sun em engenharia eletromecânica na China, desenvolveu uma nova técnica para projetar µPADs conhecida como impressão de carimbo atômico (ASP). O método foi econômico, fácil de operar e permite alta eficiência de produção com alta resolução. Como prova de conceito, eles usaram µPADs projetados através do método ASP para detectar concentrações variadas de cobre (Cu ²⁺ ) por meio de um método colorimétrico. Os dispositivos alcançaram um Cu ²⁺ limite de detecção de 1 mg / L. Guan et al. também criou um novo dispositivo de extração sólido-líquido baseado em papel (PSED) usando um µPAD tridimensional (3-D) com uma estrutura "3 + 2" e modo de extração reciclável. Devido às características de filtração de papel e força capilar, o dispositivo pode completar com eficiência várias etapas de extração e filtração de processos de extração sólido-líquido. A plataforma PSED permitiu simples, detecção econômica e rápida de íons de metais pesados ​​no local de atendimento. O trabalho é uma grande promessa para aplicações em segurança alimentar e poluição ambiental em áreas com recursos limitados. p Na década de 1990, os bioengenheiros primeiro propuseram um dispositivo conceitual "lab-on-a-chip" (LOC) baseado na tecnologia microfluídica. Os pesquisadores, desde então, propuseram dispositivos analíticos microfluídicos baseados em papel (µPADs) para substituir a microfluídica tradicional, incluindo chips baseados em vidro e silício. As vantagens incluem fabricação simples, baixo custo, portabilidade e descartabilidade para aplicações generalizadas em testes de ponto de atendimento. Vários métodos foram empregados para fabricar µPADs, incluindo fotolitografia, impressão em cera, recorte em papel e estampagem. Os selos atômicos (AS) ou os selos penetrantes gravados à máquina podem ser gravados manualmente, embora a prática exija habilidade e experiência. Uma máquina de gravação a laser pode trabalhar com software de desenho comum, incluindo AutoCAD e CorelDraw, para formar um carimbo de selo que absorve tinta devido à sua arquitetura microporosa. Guan et al. usou a nova abordagem para produzir µPADs por meio de impressão AS (ASP), onde eles embeberam um selo do padrão exigido em solvente PDMS, imprimi-lo em papel e deixá-lo em uma caixa de secagem a vácuo para concluir a fabricação. Eles então escolheram o método colorimétrico para detectar Cu ²⁺ .

p A equipe demonstrou a versatilidade dos µPADs introduzindo um dispositivo integrado para extração de solo-líquido com base em papel. O dispositivo aproveitou as vantagens do papel, incluindo seu baixo custo, portabilidade e filtrabilidade para demonstrar desempenho superior durante a extração experimental. Eles analisaram a resolução de µPADs, como uma métrica importante para regular seu desempenho, que determinou a largura mínima do canal para as passagens de fluxo de fluido no papel e para barreiras hidrofóbicas (que odeiam água) projetadas para impedir o fluxo de fluido. A equipe observou o fluxo usando um corante azul. Os µPADs previamente construídos por corte a laser forneceram a mais alta resolução com uma largura de canal hidrofílica (amorosa) mínima. Contudo, ASP foi mais eficiente em comparação com as técnicas anteriores usadas para produzir µPADs.

p Durante a análise colorimétrica, μPADs com Cu ²⁺ mudou de branco para amarelo, aumentando de cor com o aumento de Cu ²⁺ concentração, qual Guan et al. quantificado usando o software Image J. A equipe então determinou a detecção baseada na distância de Cu ²⁺ soluções como diversas concentrações de solução fluíram através dos canais μPAD. O comprimento da banda amarela aumentou com o aumento do Cu ²⁺ soluções e observaram uma constante acima de 100 mg / L, que eles determinaram como o limite superior do dispositivo. Guan et al. detectou um Cu mínimo ²⁺ concentração de 1 mg / mL, de acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS) e a Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA), onde o Cu máximo ²⁺ a concentração de contaminação na água potável é de 2 e 1,3 mg / L, respectivamente.

p Guan et al. mostrou o princípio de funcionamento de um dispositivo de extração sólido-líquido à base de papel (PSED), que incluía uma microbomba e o caráter microporoso do papel de filtro para completar a extração e filtração sólido-líquido. Durante o processo, eles armazenaram amostras de solo no topo do µPAD 3-D e extraíram o solvente misturado com o solo fluindo do tubo de saída da microbomba. O solvente de extração concomitantemente solubilizou os íons de metais pesados ​​e os sugou através do tubo de entrada e os bombeou para fora novamente em um ciclo de extração. Finalmente, eles extraíram íons de metais pesados, incluindo Cu, zinco (Zn), cádmio (Cd) e chumbo (Pb) das amostras de solo via abastecimento contínuo e ciclos de bombeamento da microbomba.

p As concentrações de íons de metais pesados ​​obtidos a partir do procedimento de extração PSED foram semelhantes aos métodos tradicionais, provando a natureza eficaz do PSED. O volume de extração exigiu otimização e Guan et al. usou mais de 30 mL do extratante como resultado. A equipe otimizou o tempo e descobriu que 20 minutos eram suficientes para extrair completamente os íons de metais pesados. Cada µPAD 3-D pode conter 2 g de solo e todo o processo de extração leva 40 minutos para ser concluído.

p Comparado aos modos tradicionais de extração, a técnica 3-D µPAD omitiu os processos de filtração para uma operação mais simples e maior precisão de extração. Os µPADs 3-D são portáteis, barato e acessível para protocolos de extração simples. Os cientistas podem ajustar o tamanho do dispositivo para atender a diferentes necessidades, fornecendo flexibilidade para aplicativos do mundo real. Desta maneira, Yanfang Guan e Baichuan Sun desenvolveram um novo tipo de dispositivo de detecção conhecido como µPAD usando impressão atômica de carimbo (ASP). Eles alcançaram alta resolução para formar os canais hidrofílicos e as barreiras hidrofóbicas do dispositivo. A técnica ASP é de baixo custo, tem um tempo simples de atividade, permitindo a preparação de amostras curtas para alta resolução e maior sensibilidade em comparação aos métodos tradicionais.

p Os µPADs fabricados por ASP detectaram Cu ²⁺ como uma prova de conceito usando um método colorimétrico combinado com detecção baseada na distância para alcançar Cu ²⁺ a uma concentração de 1 mg / mL. A equipe propôs o PSED como um novo dispositivo de extração sólido-líquido para extrair íons de metais pesados ​​do solo. O dispositivo exigiu menos amostras experimentais para atender às necessidades de testes de ponto de atendimento, com perda de amostra reduzida. O dispositivo manteve alta eficiência de extração, baixo custo e sem poluição para atender às demandas de extração sólido-líquido. A construção simples pode ser produzida com impressão 3-D de baixo custo e não se limita a amostras de solo de teste. A equipe espera melhorar o uso desse dispositivo para produzir produtos de teste de ponto de atendimento de alto rendimento. p © 2020 Science X Network