p Uma equipe de pesquisa desenvolveu recentemente "paredes deslizantes" como uma nova técnica para controle de fluidos em dispositivos microfluídicos, permitindo que paredes semirrígidas ou rígidas deslizem dentro de um chip microfluídico. Em um novo relatório agora em Nature:Microsystems &Nanoengineering , Bastien Venzac e uma equipe de cientistas do Instituto Curie e da Universidade Sorbonne em Paris, França, projetou várias funções fluídicas usando geometria de parede deslizante. O dispositivo continha válvulas liga / desliga para bloquear ou reconfigurar canais dependendo da geometria da parede. A configuração continha uma membrana à base de hidrogel para concentrar, purificar e transportar biomoléculas de um canal para outro. A técnica é compatível com métodos de litografia suave para fácil implementação com base em fluxos de trabalho de fabricação típicos em chips de polidimetilsiloxano (PDMS). O novo método abre uma rota para uma variedade de aplicações microfluídicas, formando simples, dispositivos manuais para aplicações em pontos de atendimento em laboratórios biológicos. p Sistemas verdadeiramente reconfiguráveis ​​são o sonho de um engenheiro de microfluídica, onde a remodelação descreve sistemas inteligentes construídos em unidades modulares e montados para rápida reorganização entre experimentos. Para a maioria dos sistemas microfluídicos, Contudo, a rede de canais permanece fixa durante a microfabricação e não pode ser reestruturada de forma personalizada durante o experimento. Os engenheiros também são capazes de conduzir mudanças no bombeamento, valving ou usar forças externas de eletricidade e campos magnéticos. Para atender aos limites ou desafios existentes da produção de microfluidos, Venzac et al. propôs um novo conceito de atuação microfluídica conhecido como "paredes deslizantes". O método é compatível com a fabricação de litografia suave, mas não requer equipamento externo. Ele pode ser operado manualmente e pode ser incluído em um único componente do dispositivo.

p Venzac et al. desenvolveu paredes deslizantes usando vários métodos de fabricação para projetá-las dentro de canais abertos de chips de polidimetilsiloxano (PDMS). O processo de atuação permitiu que eles abrissem ou fechassem reversivelmente um canal de bombeamento de fluidos, em seguida, reoriente os fluxos para reconfigurar uma rede microfluídica à vontade. A equipe descreveu o princípio do método e demonstrou funções simples, incluindo a formação de uma placa de hidrogel para acomodar quatro dimensões (4-D), cultura de células controladas, seguido por pré-concentração eletrocinética de DNA baseada em membrana em compartimentos microfluídicos. Eles implementaram a tecnologia a baixo custo para prototipagem rápida e controlaram manualmente as paredes deslizantes para simplificar, a equipe também pode automatizar totalmente as paredes usando motores ou atuadores controlados por computador. A nova caixa de ferramentas é bem adaptada para aplicações com dimensões de canal microfluídico acima de 100 µm e requer apenas alguns elementos de atuação.

p Para o princípio geral de design, os pesquisadores inseriram uma estrutura rígida / semirrígida em um canal guia no chip microfluídico PDMS e usaram uma variedade de materiais para desenvolver paredes deslizantes, incluindo (1) filmes de aço inoxidável, (2) resistência fotocurável fotopolimerizada em moldes PDMS, e (3) resina fotocurável moldada usando impressão estereolitográfica 3-D. Eles selecionaram as técnicas de engenharia para ajustar o experimento de acordo com suas propriedades intrínsecas e evitar a deformação ou quebra da parede durante a atuação, controlando a rigidez do material, preferindo o aço inoxidável para a maioria das paredes deslizantes finas. Para paredes deslizantes maiores, eles usaram estereolitografia convencional e micro-fresamento em aço inoxidável para incluir pequenos recursos em uma parede deslizante.

p Como uma prova de conceito inicial, Venzac et al. preparou dois tipos de válvulas:uma válvula on / off e uma válvula interruptora metálica com uma entrada e duas saídas. As válvulas deslizantes são interessantes principalmente devido à sua praticidade em dispositivos de órgão em chip e construções de cultura de células. Os pesquisadores também exibiram o uso de paredes deslizantes como seringas no chip para bombear fluidos manualmente e não observaram vazamento de líquido durante a pressão ou aspiração de ar nos experimentos. As paredes deslizantes eram úteis para a construção de grandes câmaras - a equipe adicionou duas ranhuras estreitas no teto e no chão da câmara para guiar uma parede deslizante vertical de aço inoxidável e regular a comunicação entre os compartimentos.

p A equipe finalmente conduziu testes de biofuncionalização usando o novo dispositivo e observou a cultura de células 4-D e a migração de células. Neste experimento, eles carregaram uma solução de colágeno fluorescente na metade direita da câmara, encheu a segunda metade com tampão e misturou os dois para criar uma placa de hidrogel. Esses hidrogéis são um dos principais requisitos para desenvolver compartimentos 3-D órgão-no-chip. Para testar sua função biológica, Venzac et al. estudaram a migração celular com células dendríticas (células imunes) carregadas na solução de colágeno dentro de uma câmara. A equipe preencheu o segundo compartimento com uma solução de quimiocina e removeu a parede deslizante de aço inoxidável para criar uma interface reta, permitindo que o quimioatraente se difundisse na placa de colágeno para que as células dendríticas migrassem para a interface gel / solução, formando uma cultura de células 4-D.

p Eles também macromoléculas de DNA pré-concentradas eletrocineticamente, controlou seu transporte e liberação na nova configuração. Para conseguir isso, a equipe usou uma membrana de hidrogel móvel e reconfigurável nos sistemas microfluídicos e projetou uma parede deslizante com uma janela integrada usando impressão 3-D de alta resolução. Eles aplicaram um campo elétrico constante nos canais para permitir a migração eletroforética do DNA marcado com uma etiqueta fluorescente em solução tampão. O tamanho dos poros do hidrogel impediu a migração do DNA, fazendo com que eles se pré-concentrem na membrana. Os cientistas induziram o fluxo livre de DNA pré-concentrado na configuração, para transportar amostras de um canal para outro, como uma rota nova e simples para a preparação e análise de amostras.

p Desta maneira, Bastien Venzac e colegas desenvolveram uma nova caixa de ferramentas para inovar o uso da microfluídica convencional. As paredes deslizantes tinham recursos adicionais, como microcanais ou janelas com géis carregados e soluções para aplicações potenciais além das válvulas convencionais no chip. Notavelmente, eles alcançaram cultura de células 4-D e pré-concentração de DNA usando a configuração de parede deslizante única. Os cientistas imaginam a técnica em amplas aplicações para ambientes biomédicos de baixo custo e baixa tecnologia. p © 2020 Science X Network