Transporte de Gotas Acionado por Ondas Acústicas para Dispositivos Lab-on-a-Chip Regraváveis

Engenheiros demonstraram um lab-on-a-chip microfluídico versátil que usa ondas sonoras para criar túneis em óleo para manipular e transportar gotas sem contato. A tecnologia poderia formar a base de um chip biomédico programável, regravável, de pequena escala, que é completamente reutilizável para permitir diagnósticos no local ou pesquisa laboratorial. O sistema alcança roteamento, classificação e portas regraváveis de gotas com controle externo mínimo, que são funções essenciais para o controle de lógica digital de gotas.

Manuseio automatizado de fluidos impulsionou o desenvolvimento de muitos campos científicos, como diagnósticos clínicos e triagem de compostos em grande escala. Embora onipresentes na pesquisa biomédica moderna e indústrias farmacêuticas, esses sistemas são volumosos, caros e não lidam bem com pequenos volumes de líquidos.

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

Essas ondas sonoras formam padrões complexos quando ricocheteiam no topo e fundo do chip, bem como quando colidem umas com as outras. Planejando meticulosamente o design dos transdutores e controlando a frequência e força das vibrações causando as ondas, os pesquisadores são capazes de criar vórtices que, quando combinados, formam túneis que podem empurrar e puxar gotas em qualquer direção ao longo da superfície do dispositivo.

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

A capacidade de controlar gotas de maneira semelhante aos sistemas de lógica 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 placa de controle para integração em larga escala e planejamento dinâmico.