p Atualmente, estamos nos esforçando para conter a disseminação do COVID-19. Embora restrições em grande escala possam impedir o vírus, testes de diagnóstico rápidos e precisos podem ajudar os serviços de saúde a monitorar e conter melhor o vírus. Por esta, são necessários dispositivos de teste adequados, como aqueles baseados em tecnologias de laboratório em chip, em que as amostras de teste são misturadas com moléculas de detecção que se ligam ao vírus e, em seguida, emitem um sinal, como a luz. Para seu Ph.D. pesquisar, Sophia E. Shanko explorou como esse processo de ligação pode ser acelerado usando a mistura de partículas magnéticas, o que pode ter implicações significativas para futuros dispositivos de teste de diagnóstico. Shanko defende sua tese no dia 10 de maio no departamento de Engenharia Mecânica. p COVID-19 não conhece fronteiras ou limites e se espalhou como um incêndio por países e continentes. Embora sejam restrições sociais, como bloqueios, pode limitar sua propagação, a necessidade de testes diagnósticos rápidos no local de atendimento permanece.

p “O teste rápido permite a rápida identificação de casos, e o fornecimento de tratamentos rápidos e adequados para indivíduos infectados, "diz Sophia Shanko, Ph.D. pesquisador do grupo de pesquisa Microsystems sob a supervisão de Jaap den Toonder. "Esses testes não só ajudariam a fornecer às pessoas tratamentos oportunos, mas também informariam os tomadores de decisão que podem então impor medidas de contenção locais. E esses testes não são apenas para COVID-19, eles poderiam ser usados ​​para testar outras infecções virais no futuro. "

p Dispositivos Lab-on-chip

p Muitos dispositivos de teste novos e inovadores são baseados em tecnologias lab-on-chip. Esses dispositivos têm inúmeras vantagens, como uma ampla gama de aplicabilidade, tamanho pequeno, e recursos de análise rápida. Nestes dispositivos, uma amostra (como sangue), que precisa ser testado para uma molécula alvo (como um anticorpo que sinaliza a presença de um vírus), é misturado com um fluido contendo moléculas de detecção que podem se ligar à molécula alvo. Se o alvo estiver presente, a ligação com a molécula de detecção gera um sinal como a luz.

p "O processo de encadernação nesses dispositivos precisa ser rápido e preciso, e isso pode ser alcançado garantindo que as moléculas de detecção sejam completamente misturadas com a amostra de teste o mais rápido possível, "diz Shanko, que também ganhou o FameLab TU / e 2020 onde falou sobre seu doutorado. pesquisar. "As dimensões muito pequenas das tecnologias lab-on-chip permitem a mistura apenas por difusão molecular, o movimento inerente das moléculas dentro de um fluido devido às diferenças de temperatura e concentração. Contudo, este é um processo demorado. "

p PULSEIRAS

p Os efeitos negativos da difusão molecular lenta podem ser parcialmente anulados usando métodos passivos ou ativos. Para o primeiro, estruturas geométricas são incluídas no dispositivo de teste, enquanto no último, forças externas, como forças magnéticas, pode ser usado para alterar o fluxo de forma controlada. Os últimos foram estudados para produzir capacidades de mistura altas e controladas a um custo relativamente baixo.

p Em sua pesquisa, Shanko recorreu a forças magnéticas para acelerar a difusão molecular, e, por sua vez, acelera o processo de detecção, aumentando as chances de eventos de ligação da molécula de detecção do alvo. "Misturar partículas magnéticas (ou microesferas) com as amostras de teste e moléculas de detecção tem inúmeras vantagens. Podemos controlar o movimento dessas partículas usando campos magnéticos externos, e, fundamentalmente, essas partículas não impedem o desempenho de detecção. "

p A força e a frequência do campo magnético externo desempenham um papel fundamental em ditar como as microesferas se movem no fluido, o que, por sua vez, afeta a mixagem. "Há um 'ponto ideal' para os parâmetros que controlam o campo magnético onde as micropérolas se movem em padrões como aqueles vistos na enxameação de pássaros. A mistura das esferas com a amostra de teste leva a uma ligação mais rápida entre os alvos e as moléculas de detecção, e um resultado de teste mais rápido. "

p Em cogumelos e microflaps

p A enxameação de micróbios é um exemplo de mistura dinâmica, mas Shanko também procurou alternativas para gerar mixagem dinâmica, onde as contas magnéticas são controladas por estruturas magnéticas em forma de cogumelo estáticas externas para ajudar a induzir essa mistura. É cientificamente muito interessante ver como as contas magnéticas se comportam e observar a cinética do fluido que elas, por sua vez, causa. "Embora as estruturas em forma de cogumelo possam gerar velocidades de fluido muito altas que podem induzir uma mistura eficiente, acabaram afetando negativamente o processo geral de mixagem. "

p Finalmente, Shanko observou a inclusão de abas magnéticas presas à base de dispositivos lab-on-chip que eram controlados usando o campo magnético externo. "Os microflaps melhoram a mistura das moléculas de detecção na amostra, mas são necessários mais experimentos para entender melhor seu efeito. "

p Pensando em aplicativos e no futuro

p Com COVID-19 ainda agarrando firmemente o mundo, testes de diagnóstico precisos para o vírus serão necessários por algum tempo. "A pandemia nos mostrou que há uma necessidade de testes de diagnóstico rápidos e eficazes. Minha pesquisa mostra que a detecção de moléculas de anticorpos em dispositivos lab-on-chip pode ser acelerada com o uso de microesferas magnéticas e campos magnéticos externos. Esta tecnologia é necessários para o futuro para nos ajudar a monitorar melhor a presença e propagação de surtos no futuro. "

p Para este vencedor do FameLab TU / e, a próxima etapa é o desenvolvimento de seu diagnóstico inicial. Shanko:"Estou muito feliz com o resultado da minha pesquisa de Ph.D., que está sendo traduzida em vários artigos científicos. É ótimo ver que a micro-mistura de esferas magnéticas tem potencial para diagnósticos rápidos e de alta precisão. Embora meu Ph. D. está chegando ao fim, meu amor por diagnósticos está apenas no começo. "