Uma equipe de pesquisa da Universidade de Minnesota Twin Cities desenvolveu um novo chip microfluídico para diagnosticar doenças que usa um número mínimo de componentes e pode ser alimentado sem fio por um smartphone. A inovação abre as portas para testes médicos em casa mais rápidos e acessíveis
A nova tecnologia pode tornar o diagnóstico de doenças em casa mais rápido e mais acessível
Uma equipe de pesquisa da Universidade de Minnesota Twin Cities desenvolveu um novo chip microfluídico para diagnosticar doenças que usa um número mínimo de componentes e pode ser alimentado sem fio por um smartphone. A inovação abre as portas para testes médicos em casa mais rápidos e acessíveis.
O artigo dos pesquisadores é publicado na Nature Communications, uma revista científica de acesso aberto e revisada por pares publicada pela Nature Research. Os pesquisadores também estão trabalhando para comercializar a tecnologia.
A microfluídica envolve o estudo e a manipulação de líquidos em uma escala muito pequena. Uma das aplicações mais populares na área é o desenvolvimento da tecnologia “lab-on-a-chip”, ou a capacidade de criar dispositivos que podem diagnosticar doenças a partir de uma amostra biológica muito pequena, sangue ou urina, por exemplo.
Os cientistas já possuem dispositivos portáteis para diagnosticar algumas condições – testes rápidos de antígeno COVID-19, por exemplo. No entanto, um grande obstáculo para a engenharia de chips de diagnóstico mais sofisticados que poderiam, por exemplo, identificar a cepa específica do COVID-19 ou medir biomarcadores como glicose ou colesterol, é o fato de que eles precisam de tantas partes móveis.
Chips como esses exigiriam materiais para vedar o líquido dentro, bombas e tubos para manipular o líquido e fios para ativar essas bombas – todos os materiais que são difíceis de reduzir ao nível micro. Pesquisadores da Universidade de Minnesota Twin Cities conseguiram criar um dispositivo microfluídico que funciona sem todos esses componentes volumosos.
“Os pesquisadores foram extremamente bem-sucedidos quando se trata de dimensionamento de dispositivos eletrônicos, mas a capacidade de lidar com amostras líquidas não acompanhou”, disse Sang-Hyun Oh, professor do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade de Minnesota Twin Cities e sênior. autor do estudo. “Não é exagero que um sistema microfluídico de laboratório em um chip de última geração seja muito trabalhoso para montar. Nosso pensamento era, podemos simplesmente nos livrar do material de cobertura, fios e bombas e simplificar?”
Muitas tecnologias lab-on-a-chip funcionam movendo gotículas de líquido através de um microchip para detectar os patógenos de vírus ou bactérias dentro da amostra. A solução dos pesquisadores da Universidade de Minnesota foi inspirada em um fenômeno peculiar do mundo real com o qual os bebedores de vinho estarão familiarizados – as “pernas”, ou longas gotas que se formam dentro de uma garrafa de vinho devido à tensão superficial causada pela evaporação do álcool.
Usando uma técnica pioneira no laboratório de Oh no início de 2010, os pesquisadores colocaram minúsculos eletrodos muito próximos em um chip de 2 cm por 2 cm, que geram fortes campos elétricos que puxam gotículas pelo chip e criam uma “perna” semelhante de líquido para detectar as moléculas dentro.
Como os eletrodos são colocados tão próximos uns dos outros (com apenas 10 nanômetros de espaço entre eles), o campo elétrico resultante é tão forte que o chip precisa apenas de menos de um volt de eletricidade para funcionar. Essa tensão incrivelmente baixa necessária permitiu que os pesquisadores ativassem o chip de diagnóstico usando sinais de comunicação de campo próximo de um smartphone, a mesma tecnologia usada para pagamento sem contato nas lojas.
Esta é a primeira vez que os pesquisadores conseguem usar um smartphone para ativar canais estreitos sem fio sem estruturas microfluídicas, abrindo caminho para dispositivos de diagnóstico caseiros mais baratos e acessíveis.
“Este é um conceito novo e muito empolgante”, disse Christopher Ertsgaard, principal autor do estudo e ex-aluno do CSE (ECE Ph.D. ’20). “Durante essa pandemia, acho que todos perceberam a importância do diagnóstico em casa, rápido e no ponto de atendimento. E há tecnologias disponíveis, mas precisamos de técnicas mais rápidas e sensíveis. Com dimensionamento e fabricação de alta densidade, podemos trazer essas tecnologias sofisticadas para diagnósticos domésticos a um custo mais acessível.”
O laboratório de Oh está trabalhando com a startup de Minnesota GRIP Molecular Technologies, que fabrica dispositivos de diagnóstico em casa, para comercializar a plataforma de microchip. O chip foi projetado para ter amplas aplicações na detecção de vírus, patógenos, bactérias e outros biomarcadores em amostras líquidas.
“Para ter sucesso comercial, o diagnóstico doméstico deve ser de baixo custo e fácil de usar”, disse Bruce Batten, fundador e presidente da GRIP Molecular Technologies. “O movimento do fluido de baixa tensão, como o que a equipe do professor Oh alcançou, nos permite atender a esses dois requisitos. O GRIP teve a sorte de colaborar com a Universidade de Minnesota no desenvolvimento de nossa plataforma tecnológica. Vincular pesquisa básica e translacional é crucial para desenvolver um pipeline de produtos inovadores e transformacionais.”
Além de Oh e Ertsgaard, a equipe de pesquisa incluiu os ex-alunos do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade de Minnesota Daniel Klemme (Ph.D. ’19) e Daehan Yoo (Ph.D. ’16) e Ph.D. aluno Peter Christenson.
Esta pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation (NSF). Oh recebeu apoio da Cátedra Sanford P. Bordeau Endowed da Universidade de Minnesota e da cátedra da Universidade McKnight. A fabricação do dispositivo foi realizada no Minnesota Nano Center da Universidade de Minnesota, que é apoiado pela NSF por meio da National Nanotechnology Coordinated Infrastructure (NNCI).
Publicado em 04/05/2022 10h28
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