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Sobre "bombagem catalítica", e esteiras transportadoras para micropartículas em dispositivos microfluídicos


"O transporte direcionado de micropartículas em dispositivos microfluídicos é vital para bioensaios eficientes e fabricação de microestruturas complexas. Persiste, no entanto, a necessidade de métodos para impulsionar e dirigir cargas microscópica que não exijam a modificação dessas partículas. Usando a teoria e as experiências, [investigadores de química e engenharia química da The Pennsylvania State University e da University of Pittsburgh (ambas dos EUA) mostraram] que as reações superficiais catalíticas podem ser usadas para fornecer carga de micropartículas para regiões especificadas em microcâmaras."



  • Qual o interesse?

"(...) Nos sistemas microfluídicos, as forças de atuação, tais como a pressão externa e os efeitos termocapilares, são tipicamente usadas para criar fluxos que propelem partículas até 100 comprimentos do seu corpo por segundo; tais entradas externas poderiam, no entanto, danificar analitos biológicos sensíveis. Campos elétricos e campos magnéticos podem também ser usados para transportar e focar analitos, porém partículas carregadas ou analitos marcados magneticamente são necessários para que esta opção seja viável.

(...) Aqui, os investigadores propõem um método para o transporte de micropartículas que representa uma vantagem única sobre as estratégias mencionadas anteriormente, uma vez que o transporte de fluxo convectivo não prejudica ou requer modificação dos analitos."

  • Como é feito na prática?


[Os referidos investigadores criaram] "um sistema onde as reações superficiais catalíticas produzem fluxos unidirecionais que transportam partículas de tamanho micrométrico para regiões específicas na superfície das microcâmaras. A introdução de reagentes numa extremidade da câmara gera variações de densidade ao longo do comprimento da câmara, produzindo campos de fluxo assimétricos que são necessários para o transporte direcionado. O consumo do reagente e a sedimentação resultante das partículas dissolvidas levam então à deposição superficial localizada. Uma característica poderosa do sistema é que o perfil de fluxo e, portanto, a localização em que as partículas estão concentradas, podem ser modificados alterando a taxa de turnover catalítico e a concentração do reagente adicionado.

(...) Assim, os reagentes difundem-se a partir de um reservatório de gel e reagem com uma superfície revestida com catalisador. Os gradientes de densidade de fluidos devido à concentração do reagente (variando espacialmente) induzem um fluxo convectivo, que transporta as partículas em suspensão até os reagentes serem consumidos. Consequentemente, a carga é depositada em torno de uma posição específica na superfície. A velocidade e a localização máxima do pico da carga podem ser sintonizadas de forma independente. Ao aumentar a concentração local de partículas, ensaios altamente sensíveis podem ser realizados de forma eficiente e rápida. Além disso, o processo pode ser repetido introduzindo reagente fresco na microcâmara."

Fonte: Sambeeta Das, Oleg E. Shklyaev, Alicia Altemose, Henry Shum, Isamar Ortiz-Rivera, Lyanne Valdez, Thomas E. Mallouk, Anna C. Balazs & Ayusman Sen; "Harnessing catalytic pumps for directional delivery of microparticles in microchambers"; Nature Comm.; 2017

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