Microfluidics e Aplicações Biomedicáveis

Pelo Dr. Xianghong Miliampère

Dr. Xianghong Miliampère, Director, Grupo de Investigação da Engenharia Biomedicável, Escola da Engenharia e Ciência Aplicada, Universidade de Asti. Autor Correspondente: x.ma@aston.ac.uk

Microfluidics é uma área de pesquisa dentro de MEMS (Sistemas Micro-Electro-Mecânicos) e é estado relacionado com o controle do fluxo dos líquidos medidos em micro, em nano, ou mesmo Pico, litro, quantidades. O líquido pode ser líquido ou gasoso na natureza, ou em uma mistura de ambos, e corre através dos canais do microscale, das bombas, das válvulas, e dos filtros.

Estes dispositivos microfluidic podem ser fabricados na utilização do silicone ou do vidro fotolitográfica e em gravar as técnicas que foram adaptadas da indústria do semicondutor, ou dos materiais orgânicos tais como os plásticos e os polímeros [1,2].

Os dispositivos de Microfluidic exigem somente uma pequena quantidade de amostra e de reagente processando e superfície das legiões de grande às relações do volume. Além, os tempos de reacção e a facilidade rápidos da automatização fazem o ideal microfluidic dos dispositivos para a aplicação em encenações da engenharia biomedicável.

Microfluidics foi amplamente utilizado na revelação de sistemas de análise totais (ou dispositivos) da em-microplaqueta do laboratório [2, 3], particularmente para a selecção da droga na indústria farmacêutica e na revelação das micro-disposições [4]. A tecnologia está amadurecendo-se ràpida depois do esforço de pesquisa vigoroso durante os últimos 20 anos. Em um futuro próximo, nós veremos uma tendência crescente para a produção de dispositivos microfluidic costurados que satisfazem as necessidades particulares, que podem ser clínicas, farmacêutico, ou biotecnológico.

Uma das aplicações as mais prometedoras do microfluidics na engenharia biomedicável está no diagnóstico do ponto--cuidado. Na fase importante da preparação da amostra, as pilhas biológicas visadas precisam de ser separadas de outras substâncias na amostra. Convencionalmente, as pilhas podem ser separadas em uma suspensão fluidic, com base no tamanho, na densidade, carga elétrica, luz-dispersando propriedades, e propriedades de superfície antigénicas. Separando pilhas de acordo com estes o medidor pode exigir tecnologias complexas e equipamento do especialista. Tais técnicas incluem a centrifugação, a pilha ativada fluorescência que classificam, a electroforese, a cromatografia, a separação da afinidade e a separação magnética. As soluções de Microfluidic estiveram projectadas com sucesso a integram nas técnicas acima, ou à função enquanto um dispositivo autônomo para executar a preparação da amostra se encarrega.

Um exemplo interessante é aquele de um dispositivo microfluidic da filtragem para a pilha spermato-genética que classifica para apoiar os processos de IVF (In vitro Fecundação) e de ICSI (injecção intracytoplasmic do esperma) [5]. Em certos casos da infertilidade masculina do factor, uma única pilha spermatogenic viável tem que ser recuperada de uma pelota da biópsia de modo que possa directamente ser injectada em um oocyte. A pelota da biópsia contem uma variedade de tecidos e uma escala de células germinais de todos os pedidos da maturidade. O processo de encontrar pilhas viáveis para ICSI pode ser demorado, exigindo as horas do trabalho intensivo que envolvem manualmente triturar a pelota, ciclos sucessivos da separação da pilha com a centrifugação, e a discriminação individual da pilha. As células germinais tornam-se menores como elas amadurecem-se, começando como um grande spermatogonion redondo de 16~18µm e terminando como um espermatozóide pequeno e delgado de 4~6µm. Usando esta característica, uma pode apontar dividir as pilhas spermatogenic em categorias maduras diferentes de acordo com seus tamanhos em uma maneira rápida e eficiente.

Segundo as indicações de Figura 1, a solução microfluidic é um dispositivo microfabricated planar passivo de DRIE (gravura a água-forte de íon reactiva profunda) [6] que tenham os poços separados para recolher os tipos diferentes de pilha que são separados gradualmente reduzindo diferenças do filtro. A suspensão fluida é depositada através do reservatório central com as ferramentas convencionais do micromanipulation.

Figura 1: Imagem da microscopia de elétron da Exploração de um dispositivo un-ligado do filtro, vista do lado da filtragem, dos canais da exibição e dos segmentos lineares do filtro irradiando do reservatório central [6].

Com o controle cuidadoso das propriedades das superfícies em contacto com o líquido, e explorando a natureza laminar do fluxo microfluidic, o filtro emprega a tensão de superfície do líquido de funcionamento para conduzir a amostra através do dispositivo.

A escala do dispositivo permite a utilização das forças que impedem normalmente o fluxo fluido a nível macro para desenhar activamente a amostra através dos elementos de filtro, sem a necessidade para fontes de energia externos.

No teste experimental do dispositivo, encontrou-se que o microfluid 0.5µl com as aproximadamente 1500 micropartícula poderia ser filtrado através do dispositivo em menos de 1 segundo.

Figura 2 mostra o resultado de separar uma mistura das microsfera de 3µm e de 10µm, onde a maioria das partículas foi recolhida em seus reservatórios apropriados. As concentrações Óptimas de partículas dentro de seus poços apropriados da coleção foram encontradas para ser do pedido 50% para 3µm e 84% para partículas de 10µm respectivamente. A proporção de pilhas que estão sendo processadas foi mostrada para ser uma função de sua migração através do dispositivo do filtro dentro do fluxo fluido maioria.

Figura 2. imagem Confocal da separação de uma suspensão misturada de microsfera (verdes) de 3µm (vermelho) e de 10µm usando um dispositivo microfluidic. Neste projecto, os microcanal de tamanhos diferentes são usados como o filtro e o fornecedor da força da tensão de superfície para desenhar a amostra através do dispositivo.

Este dispositivo oferece um número de vantagens. É biocompatible devido ao uso dos materiais tais como o silicone e o vidro e são economicamente descartáveis, devido ao baixo custo de fabrico para grandes volumes da produção, assim eliminando a contaminação da amostra.

Além, a natureza hidrófila dos depósitos nativos do óxido dentro dos capilares do dispositivo significa que são virtualmente inofensivos às pilhas e às proteínas [7]. as técnicas de bombeamento capilares Auto-Postas podem ser usadas para manipular mais o líquido, reduzindo a necessidade para o equipamento externo. Tal aproximação tem o potencial aumentar a confiança e a funcionalidade, eliminando componentes moventes e assim minimizando o dano mecânico potencial às pilhas causadas bombeando, ou, certamente, dano térmico potencial que elevara do bombeamento do efeito do marangoni.

Em conclusão, a inclusão de estruturas físicas da filtragem em um sistema microfluidic passivo permite o processamento eficiente das amostras que estão livres da contaminação ou do dano. O processo conduz a uma redução marcada no tempo de processamento e tem o grande potencial para a separação automática e eficiente da partícula e a bio-amostra que processa através de uma vasta gama de aplicações biomedicáveis.


Referências:

[1] Becker, H., Locascio, L.E., dispositivos microfluidic do Polímero, Talanta 56 (2002) 267-287.

[2] Rebite, C., e outros, Microfluidics para diagnósticos médicos e biosensors, Ciência de Engenharia Química (2010), doi: 10.1016/j.ces.2010.08.015

[3] Príncipe, M., Microsistemas Espertos para manipulações da pilha, tese do PhD da universidade de Asti, 2006.

[4] Situma, C., Hashimoto M., Scoper S.A., Fundindo o microfluidics com os bio-ensaios Microarray-Baseados, Engenharia Biomolecular, 23, 2006, p213-231.

[5] Príncipe, M., Miliampère X., Estivador P., Divisão M., Prewett P., Projecto e Modelagem de um Micro Filtro Fluido para Separar Pilhas Spermatogenic, Conferência Técnica da Engenharia de Projecto de ASME, Califórnia, Em setembro de 2005. pp. 475-480. doi: 10.1115/DETC2005-85357

[6] Príncipe, M., Miliampère X., Estivador P., Divisão M., Prewett P., A revelação de uma Bio-MEMS microplaqueta nova da filtragem para a separação de pilhas específicas na suspensão fluida, parte H de IMechE: J da Engenharia na Medicina, 221(2), 2007. p113-128. doi: 10.1243/09544119JEIM190

[7] Chau, L.K., Osborn, T., Wu, C.C., e Yager, fluxo-pilha do silicone de P. Microfabricated para a monitoração óptica dos líquidos biológicos Anais. Sci. 1999, 15, 721-724.

Date Added: Sep 11, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 09:44

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