Quando você pensa em micro ou nanotecnologia, provavelmente pensa em pequenos componentes eletrônicos como o seu telefone, um pequeno robô ou um microchip.

Mas os testes COVID-19 – que provaram ser fundamentais para controlar a pandemia – também são uma forma de tecnologia miniaturizada. Muitos testes de COVID-19 podem dar resultados em horas sem a necessidade de enviar uma amostra a um laboratório, e a maioria desses testes usa a tecnologia Microfluídica, como você pode ver aqui.

Diversos produtos já no mercado, desde testes de gravidez a tiras medidores de glicose, impressoras a jato de tinta e testes genéticos, depende da microfluídica.

Essa tecnologia, sem o conhecimento de muitas pessoas, está em toda parte e é crítica para muitas das coisas que fazem o mundo moderno girar.

Revisando o conceito de Microfluídica?

Os sistemas microfluídicos são qualquer dispositivo que processe quantidades reduzidas de líquidos. Os fluidos viajam através de canais mais finos do que um fio de cabelo, e válvulas minúsculas podem ligar e desligar o fluxo. Esses canais são feitos de materiais como vidro, polímeros, papel ou géis.

Uma maneira de mover os fluidos é com uma bomba mecânica; outra maneira é usar as cargas superficiais de certos materiais; e ainda outra é usar a chamada ação capilar – mais comumente conhecida como absorção.

A absorção é o processo pelo qual a energia armazenada dentro do líquido o impulsiona através de espaços estreitos.

Chip Microfluidico – Crédito: Spanky Speed

Em pequenas escalas, os fluidos se comportam de maneiras não intuitivas.

Não imagine o fluxo turbulento e caótico saindo de uma mangueira de jardim ou de seu chuveiro. Em vez disso, nos volumes reduzidos de um microcanal, os fluxos são extremamente estáveis. Os fluidos descem pelo canal em fluxos paralelos organizados – chamados de fluxo laminar.

O fluxo laminar é uma das grandes maravilhas dos sistemas microfluídicos. Os fluidos e partículas no fluxo laminar seguem caminhos que são matematicamente previsíveis – uma necessidade para engenharia de precisão e design de dispositivos médicos.

Natureza, o grande exemplo de uso da Microfluídica

Esses processos – inspiradores para pesquisadores – existem na natureza há eras. As plantas transportam nutrientes de suas raízes até os ramos mais altos usando a capilaridade, a inspiração para circuitos microfluídicos que são alimentados de forma autônoma.

Sistema capilar. Fonte: Wikimedia Commons

Imitando as propriedades físicas das gotas de chuva, os químicos desenvolveram dispositivos que quebram uma amostra em milhões de gotas e as analisam em velocidades vertiginosas.

Cada gota é essencialmente um minúsculo laboratório químico que permite aos químicos estudar a evolução das biomoléculas e realizar análises genéticas ultrarrápidas, entre outras coisas.

E, finalmente, todos os cantos do corpo humano são microfluídicos. Não poderíamos nascer ou funcionar sem intrincados capilares sanguíneos que levam alimentos, oxigênio e moléculas de sinalização para todas as células.

Os benefícios da tecnologia Microfluídica

Assim como a microeletrônica, o tamanho é fundamental na microfluídica.

À medida que os componentes ficam menores, os dispositivos podem contar com as propriedades estranhas de líquidos em escalas micrométrica, e operar com mais rapidez e eficiência e são mais baratos de fabricar. A revolução da microfluídica foi silenciosamente pegando carona em sua contraparte eletrônica.

Outro grande benefício dos dispositivos microfluídicos é que eles requerem apenas pequenas quantidades de líquido e, portanto, podem ter um tamanho minúsculo. A NASA vem considerando analisadores microfluídicos para seus rovers de Marte há muito tempo.

A análise de fluidos preciosos – como sangue humano – também se beneficia da capacidade de usar pequenas quantidades de amostras. Por exemplo, medidores de glicose são instrumentos microfluídicos que requerem apenas uma gota de sangue para medir o açúcar no sangue de um diabético.

Microfluídica em tecnologia, biologia e medicina

Provavelmente, você usa microfluídica com bastante frequência em sua vida. Por exemplo:

  • As impressoras a jato de tinta emitem pequenas gotas de tinta.
  • As impressoras 3D espremem o polímero fundido através de um bico microfluídico.
  • A tinta em canetas-tinteiro e canetas esferográficas flui através de princípios microfluídicos.
  • Nebulizadores para pacientes asmáticos borrifam uma névoa de gotículas microscópicas de drogas.
  • Um teste de gravidez depende do fluxo de urina dentro de uma tira de papel microfluídica.

Na pesquisa científica, a microfluídica pode direcionar drogas, nutrientes ou qualquer fluido para partes muito específicas dos organismos para simular com mais precisão os processos biológicos.

Por exemplo, pesquisadores prenderam vermes em canais e os estimularam com odores para aprender sobre os circuitos neurais. Outra equipe direcionou nutrientes para áreas específicas da raiz de uma planta para observar diferentes reações aos produtos químicos de crescimento.

Outros grupos criaram armadilhas microfluídicas que capturam fisicamente células tumorais raras do sangue. Sistemas de chips genéticos microfluídicos fornecem o poder de sequenciar rapidamente o genoma humano e tornar realidade os testes de DNA personalizados, como a 23andMe.

Nada disso teria sido possível sem a Microfluídica.

Microrreator de 3 entradas.

O futuro da Microfluídica

A microfluídica será crítica para conduzir a medicina a uma nova era de ritmo acelerado e acessível. Dispositivos vestíveis que medem as substâncias no suor para monitoramento de exercícios e dispositivos implantáveis ​​que administram medicamentos contra o câncer localmente ao tumor de um paciente são algumas das próximas fronteiras da microfluídica biomédica.

Os pesquisadores estão desenvolvendo sistemas microfluídicos complexos e fascinantes, chamados de órgãos-em-chip, que têm como objetivo simular vários aspectos da fisiologia humana.

Se você quer saber mais sobre órgãos-em-chip acesse o nosso artigo que explica um pouco mais do assunto aqui

Diversos laboratórios em todo o mundo estão desenvolvendo plataformas tumor-on-a-chip para testar medicamentos contra o câncer com mais eficiência.

Esses “avatares” de pacientes permitirão aos cientistas testar novos tratamentos de uma forma que não acarrete custos, sofrimento e questões éticas associadas aos testes em animais ou humanos.

Imagine ir ao médico, extrair uma biópsia e, em menos de uma semana, usando um dispositivo microfluídico, o médico pode descobrir qual coquetel de drogas funciona melhor para remover o tumor.

Isso ainda está no futuro, mas o que sabemos é que o futuro será microfluídico.

Por Albert Folch, via The Conversation 

Este texto foi escrito originalmente no blog Microfluídica

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Os argumentos expressos nos posts deste especial são dos pesquisadores. Dessa forma, os textos foram produzidos a partir de campos de pesquisa científica e atuação profissional dos pesquisadores e foi revisado por pares da mesma área técnica-científica da Unicamp. Assim, não, necessariamente, representam a visão da Unicamp e essas opiniões não substituem conselhos médicos.


editorial


Harrson S. Santana

Harrson S. Santana obteve seu doutorado em Engenharia Química pela Universidade de Campinas em 2016. Sua tese de doutorado foi a investigação da síntese de biodiesel em microcanais, utilizando simulações numéricas e ensaios experimentais. Em 2015, ele passou vários meses na Universidade de Glasgow (Reino Unido) desenvolvendo pesquisas na área de impressão 3D. Atualmente, ele é pesquisador associado e professor colaborador da Faculdade de Engenharia Química da Unicamp, trabalhando no desenvolvimento de microplantas químicas e uso de impressoras 3D em processos químicos. Ele publicou vários artigos explorando desde simulações numéricas no desenvolvimento de microdispositivos até o uso de microfluídica em reações químicas e operações unitárias. Seu interesse científico se concentra em fenômenos de transporte em sistemas microfluídicos, impressoras 3D e sistemas robóticos aplicados a processos químicos em microescala.

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