Dispositivos microfluídicos reprogramáveis dinamicamente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/08/2003

Físicos do Georgia Institute of Technology (Estados Unidos) demonstraram uma nova técnica ótica para controlar o fluxo de volumes muito pequenos de fluidos sobre superfícies sólidas. A técnica, que se fundamenta em alterações na tensão superficial controlada por gradientes termais gerados oticamente, poderá constituir os fundamentos de uma nova geração de dispositivos microfluídicos reprogramáveis dinamicamente. O artigo que descre a descoberta tornou-se matéria de capa da edição atual da revista Physical Review Letters.

Os atuais dispositivos microfluídicos, também chamados de "labs-on-a-chip", utilizam diminutos canais ou dutos escavados em silício ou outro material que funciona como substrato, com o objetivo de manipular volumes muito pequenos de fluidos. Esses dispositivos com microcanais já começam a se tornar disponíveis comercialmente.

A inovação alcançada agora poderá permitir a produção de um novo tipo de dispositivo microfluídico, que dispensa a escavação dos microcanais no substrato. Ao invés disso, sistemas laser ou óticos, similares aos existentes em telas de cristal líquido, poderão produzir padrões complexos de luz com intensidade variável sobre um substrato plano. A absorção da luz irá produzir diferenciais de aquecimento sobre o substrato, criando um padrão de gradientes termais. A tensão superficial, uma força relativamente forte em escala microscópica, poderá então fazer com que pequenos volumes de fluidos, medidos em nanolitros, movimentem-se das áreas mais frias para as áreas mais quentes, um movimento chamado de termocapilaridade.

"Nós acreditamos que isso poderá mover múltiplas gotas ou pacotes de fluido simultaneamente, permitindo que cadeias de gotas movam-se ao mesmo tempo em locais diferentes," disse Michael Schatz, coordenador da pesquisa. "Nós poderemos dispensar a colocação de arquiteturas complexas no substrato. Ao invés disso, nós poderemos tirar vantagem dos avanços na miniaturização da optoeletrônica para moldar o substrato com forças de tensão superficial."

Como os gradientes de temperatura podem ser formados por padrões de luz controlados por computador, os caminhos para as gotas podem ser alterados rapidamente, permitindo uma reconfiguração que não é possível com os dispositivos microfluídicos até agora construídos. E como os efeitos da tensão superficial são fortes na escala micrométrica, eles poderão produzir fluxos maiores do que aqueles possíveis nos dispositivos baseados em microcanais, os quais exigem que o fluido vença as forças da fricção. Finalmente, o substrato poderá ser facilmente limpo entre os usos, evitando a contaminação.

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No artigo, Schatz e seus colegas Roman Grigoriev e Nicholas Garnier relatam suas pesquisas sobre como os gradientes termais afetam películas de silicone colocadas sobre uma superfície de vidro. A base do vidro foi pintada de preto para absorver a luz, e um dissipador foi instalado para evitar o superaquecimento.

Teoricamente, a técnica também poderá utilizar superfícies líquidas, onde gotas de um líquido que não se mistura a outro poderão ser movidas sobre um "substrato" fluido. Em um sistema líquido-sobre-líquido, o líquido de sustentação também poderá se mover, permitindo fluxos ainda maiores.

Entre os desafios que os pesquisadores agora enfrentarão para construir dispositivos microfluídicos guiados oticamente estão o desenvolvimento de interfaces para a colocação de minúsculos volumes de líquido sobre a superfície e a escolha da correta combinação de substrato e dissipador para fornecer variados gradientes de temperatura sem superaquecer os fluidos.

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