Microfluídica no ar

A microfluídica no ar foi usada para criar um cilindro oco em 3D. Crédito: University of Twente.

Existem vários métodos que podem ser utilizados na fabricação de dispositivos microfluídicos ou microdispositivos. Esses dispositivos são então utilizados para se fazer microfluídica, ou seja, o escoamento de fluidos em canais micrométricos. Isso quer dizer que você precisava de um dispositivo físico ou canais para os fluidos interagirem entre si. Até agora!

Isso porque pesquisadores da Universidade de Twente na Holanda desenvolveram um novo método, chamado de microfluídica no ar (IAMF, em inglês), que combina fluxos de líquidos de tamanho micrométrico no meio do ar para preencher um cubo em questão de minutos.  Na prática, os canais microfluídicos são substituídos por jatos líquidos de tamanho micrométrico que são combinados no ar, daí o nome da técnica.

Os pesquisadores aplicaram a técnica para a produção rápida de gotículas/gotas, partículas e fibras com composição, forma e tamanho controlados. Eles demonstraram que essas partículas formadas no ar podem ser usadas como “blocos de construção” citocompatíveis para a impressão em um único passo de biomateriais em 3D com várias arquiteturas modulares. Isso pode ser usado para encapsular células vivas para uso potencial na engenharia de tecidos.

Como funciona a técnica?

Esquema da configuração utilizada pelos pesquisadores. Crédito: Visser et al./Science Advances.

Os jatos líquidos são ejetados dos bocais 1 e 2 [Na Figura ao lado correspondem ao Nozzle 1 e 2]. O bico 1 é atuado com um elemento piezoelétrico controlado por um gerador de pulso, resultando na quebra controlada do jato 1 em gotículas monodispersas como mostrado. Um laser pulsado é usado para iluminar as gotículas e “congelar” seu movimento quando visualizado com uma câmera.

O trem de gotas do bico 1 choca-se com  fluxo contínuo que é ejetado do bico 2, resultando em um trem de gotículas monodispersas que flui para baixo. Enquanto “voam no ar”, os compostos das gotículas reagem quimicamente ou fisicamente para formar gotículas encapsuladas ou partículas. Alternativamente, ambos os bocais podem criar jatos, conhecidos como “jet-jet“, e isso pode ser usado para criar fibras. Esse modo foi utilizado para criar o tubo apresentado na Figura inicial desse post.

Portanto, tanto o impacto como o encapsulamento são concluídos no ar antes da coleta ou deposição, o que acontece normalmente ~ 100 milésimo de segundo após impacto no ar.

A equipe usou este método para preencher um molde em forma de osso com células-tronco mesenquimais humanas encapsuladas com alginato. Ao criar estruturas em 3D multicelulares e multimateriais, esse tipo de biomaterial modular tem potencial para ser usado na engenharia de tecidos. Há também uma configuração manual dos bocais que poderia beneficiar engenheiros de tecidos e cirurgiões para fabricar tecidos biológicos.

No vídeo abaixo é mostrado como a técnica fabrica esses tubos.

Referência

VISSER, C. W.; KAMPERMAN, T.; KARBAAT, L. P.; LOHSE, D.; KARPERIEN. In-air microfluidics enables rapid fabrication of emulsions, suspensions, and 3D modular (bio)materials. Science Advances, v. 4, 2018. DOI: 10.1126/sciadv.aao1175

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Explore mais e descubra a relação desse trabalho com a Microfluídica & Engenharia Química

Microfluídica & Chanel: a revolução na indústria de cosméticos:

https://www.blogs.unicamp.br/microfluidicaeengenhariaquimica/2017/06/05/microfluidica-chanel-revolucao-na-industria-de-cosmeticos/

Fabricação de reatores de microcanais por litografia macia:

https://www.blogs.unicamp.br/microfluidicaeengenhariaquimica/2017/05/01/fabricacao-de-reatores-de-microcanais-por-litografia-macia/


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Sobre 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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