Gotículas de transporte de ondas sonoras para dispositivos Lab-on-a-Chip regraváveis

Os engenheiros demonstraram um laboratório microfluídico versátil que usa ondas sonoras para criar túneis no óleo para manipular e transportar gotículas sem contato. A tecnologia pode formar a base de um chip biomédico de pequena escala, programável e regravável que é completamente reutilizável para permitir diagnósticos no local ou pesquisas de laboratório. O sistema alcança roteamento regravável, classificação e porta de gotículas com controle externo mínimo, que são funções essenciais para o controle lógico digital de gotículas.

O manuseio automatizado de fluidos impulsionou o desenvolvimento de muitos campos científicos, como diagnóstico clínico e triagem de compostos em larga escala. Embora onipresentes na pesquisa biomédica moderna e nas indústrias farmacêuticas, esses sistemas são volumosos, caros e não lidam bem com pequenos volumes de líquidos.

Os sistemas lab-on-a-chip conseguiram preencher esse espaço até certo ponto, mas a maioria é prejudicada por uma grande desvantagem:absorção de superfície. Como esses dispositivos dependem de superfícies sólidas, as amostras transportadas inevitavelmente deixam vestígios de si mesmas que podem levar à contaminação. A nova plataforma lab-on-a-chip usa uma fina camada de óleo inerte e imiscível para impedir que as gotículas deixem qualquer vestígio de si mesmas. Logo abaixo do óleo, uma grade de transdutores piezoelétricos vibra quando a eletricidade passa por eles. Assim como a superfície de um subwoofer, essas vibrações criam ondas sonoras na fina camada de óleo acima delas.

Essas ondas sonoras formam padrões complexos quando rebatem na parte superior e inferior do chip, bem como quando se chocam. Ao planejar meticulosamente o design dos transdutores e controlar a frequência e a força das vibrações que causam as ondas, os pesquisadores são capazes de criar vórtices que, quando combinados, formam túneis que podem empurrar e puxar gotículas em qualquer direção ao longo da superfície do dispositivo .

O novo sistema usa transdutores de modo duplo que podem transportar gotículas ao longo de um eixo x ou y, com base em dois padrões de streaming diferentes. Usando transdutores de modo duplo, os pesquisadores conseguiram mover gotículas ao longo de dois eixos, reduzindo simultaneamente a complexidade da eletrônica em quatro vezes. Eles também foram capazes de reduzir a tensão de operação dos transdutores de três a sete vezes menor do que um sistema anterior, o que permitiu controlar simultaneamente oito gotas. E ao introduzir um microcontrolador na configuração, os pesquisadores conseguiram programar e automatizar grande parte do movimento das gotículas.

A capacidade de controlar gotículas de maneira semelhante aos sistemas lógicos encontrados em um chip de computador é essencial para uma ampla variedade de procedimentos clínicos e de pesquisa. O próximo passo é combinar a fonte de alimentação de radiofrequência miniaturizada e a placa de controle para integração em larga escala e planejamento dinâmico.