Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Tohoku e do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) alcançou avanços significativos no campo da microfluídica, permitindo a manipulação precisa e eficiente de fluidos em ambientes tridimensionais em microescala. Este trabalho abre novas possibilidades para aplicações bioanalíticas, como separações celulares no domínio do diagnóstico médico.



Detalhes de sua descoberta foram publicados na revista Microsystems &Nanoengineering em 22 de janeiro de 2024.

Os dispositivos microfluídicos são projetados para lidar com volumes minúsculos de fluidos, permitindo aos pesquisadores realizar análises e processos com notável precisão e eficiência.

Nos últimos anos, a tecnologia microfluídica avançou rapidamente em vários campos, incluindo medicina, biologia e química. Entre eles, os dispositivos microfluídicos espirais tridimensionais se destacam como revolucionários. Seu design intrincado em forma de saca-rolhas permite controle preciso de fluidos, separação eficiente de partículas e mistura de reagentes. No entanto, o seu potencial para revolucionar as aplicações bioanalíticas é dificultado pelos atuais desafios na fabricação. O processo é demorado e caro, e as técnicas de fabricação existentes limitam as opções de materiais e configurações estruturais.

Para superar essas limitações, uma equipe interdisciplinar da Universidade de Tohoku e do OIST introduziu um processo de desenho térmico rotacional miniaturizado (mini-rTDP), inspirando-se nas técnicas tradicionais japonesas de fabricação de doces - a fabricação de Kintaro-ame.

Sua abordagem inovadora envolve a rotação dos materiais durante o alongamento térmico para criar estruturas tridimensionais complexas dentro das fibras. Este processo é altamente versátil, acomodando uma ampla gama de materiais que podem deformar-se quando aquecidos, abrindo infinitas possibilidades de combinação de diversos materiais.

"O Mini-rTDP facilita a prototipagem rápida de sistemas microfluídicos tridimensionais, ideal para a manipulação precisa de biofluidos", diz Yuanyuan Guo, professor associado do Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences (FRIS) da Universidade de Tohoku.

"O mini-rTDP envolve a criação de uma pré-forma de polímero moldado contendo canais, que são posteriormente esticados e aquecidos para gerar canais microfluídicos dentro de uma fibra. Esses canais podem então ser girados para moldar configurações espirais tridimensionais", explica Shunsuke Kato, pesquisador júnior. no FRIS e primeiro autor do artigo.

Em colaboração com Amy Shen, líder da Unidade Micro/Bio/Nanofluídica do OIST, a equipe interdisciplinar Tohoku-OIST conduziu simulações e experimentos para visualizar fluxos de fluidos dentro das estruturas espirais. Daniel Carlson, da equipe de Shen, diz:“Confirmamos a presença de vórtices de Dean, um tipo de fluxo rotacional que ocorre em canais curvos, em nossos dispositivos, afirmando assim seu potencial para melhorar significativamente a eficiência de separação de células e partículas”.

"A prototipagem rápida de microfluídica espiral tridimensional usando mini-rTDP representa um avanço notável no campo da microfluídica. Esta tecnologia oferece versatilidade, precisão e potencial incomparáveis ​​para catalisar mudanças transformadoras em vários setores", diz Shen.

"Além disso, estamos buscando ativamente a integração de canais microfluídicos com funcionalidades como eletrodos, biossensores e atuadores diretamente nas fibras. Este esforço tem o potencial de revolucionar as tecnologias bioanalíticas Lab-on-Chip", disse Guo.

Esta pesquisa é uma prova dos esforços colaborativos do programa OIST SHIKA e dos fundos correspondentes fornecidos pela Universidade de Tohoku, destacando a forte parceria e sinergia entre estas duas instituições.

Mais informações: Shunsuke Kato et al, Microfluídica de fibra torcida:uma abordagem de ponta para dispositivos espirais 3D, Microssistemas e Nanoengenharia (2024). DOI:10.1038/s41378-023-00642-9
Informações do diário: Microssistemas e Nanoengenharia

Fornecido pela Universidade Tohoku