Nanotecnologia

Gotas programáveis inauguram microfluídica digital

Redação do Site Inovação Tecnológica -  13/03/2018

A microfluídica digital dispensa os microcanais dos biochips. [Imagem: Jimmy Day/MIT]

Gotas programáveis

Pesquisadores do MIT desenvolveram um hardware que usa campos elétricos para mover gotículas de soluções químicas ou biológicas sem contato ao longo de uma superfície, misturando-as de diversas maneiras, uma tecnologia que deverá permitir testar milhares de reações químicas ou bioquímicas em paralelo.

A técnica é uma alternativa aos dispositivos microfluídicos hoje usados na pesquisa biológica, em que as soluções são bombeadas através de canais microscópicos conectados por válvulas mecânicas, compondo os chamados biochips.

Todo o movimento das gotículas é controlado computacionalmente, o que permite que os experimentos sejam realizados de forma mais eficiente, econômica e em escalas maiores.

"Os sistemas microfluídicos tradicionais usam tubos, válvulas e bombas. Bombas, válvulas e tubos rapidamente se tornam complicados. [Em um biochip] que construímos, levamos uma semana para montar 100 conexões. Digamos que você vá de uma escala de 100 conexões para uma máquina com um milhão de conexões. Você não conseguirá montar isso manualmente," compara o pesquisador Udayan Umapathi.

Gotas controladas eletricamente

No novo sistema, as gotículas são depositadas sobre uma superfície e movidas automaticamente e de forma seletiva por campos elétricos para realizar os experimentos.

O sistema inclui um software que permite que o usuário descreva, em um alto nível de generalidade, os experimentos que deseja realizar. O programa então calcula os caminhos das gotículas na superfície e coordena o tempo das operações sucessivas.

Como a superfície do aparelho é hidrofóbica, as gotículas depositadas sobre ele naturalmente tendem a assumir uma forma esférica. Energizar um eletrodo puxa a gota para baixo, achatando-a. Se o eletrodo abaixo de uma gotícula achatada for gradualmente desligado, enquanto o eletrodo ao lado dele é gradualmente ligado, o material hidrofóbico irá dirigir a gota para o eletrodo carregado.

A movimentação de gotículas requer altas tensões, entre 95 e 200 volts. Mas, 300 vezes por segundo, um eletrodo carregado se alterna entre um sinal de alta tensão e baixa frequência (1 kilohertz) e um sinal de alta frequência (200 kilohertz) de 3,3 volts. O sinal de alta frequência permite que o sistema determine a localização de uma gota usando essencialmente a mesma tecnologia das telas sensíveis ao toque.

A superfície pode ser fabricada de acordo com projetos específicos ou ser genérica, deixando tudo a cargo do software. [Imagem: Udayan Umapathi/MIT]

Microfluídica digital

Se a gota não estiver se movendo rapidamente, o sistema aumenta automaticamente a tensão do sinal de baixa frequência. Com base nos sinais elétricos, o sistema também pode estimar o volume de uma gota, o que, juntamente com informações de localização, permite rastrear o progresso de uma reação.

Umapathi acredita que essa "microfluídica digital" permitirá reduzir drasticamente o custo dos procedimentos experimentais comuns na biologia industrial. As empresas farmacêuticas, por exemplo, realizam muitos experimentos em paralelo, utilizando robôs equipados com dúzias ou mesmo centenas de pipetas. Tudo isso poderá ser feito sobre a superfície plana de forma totalmente controlada por software.