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Jan 18, 2024

Migração lateral induzida por trilhos de partículas através de co intacto

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 21775 (2022) Citar este artigo

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Este artigo apresenta um método guiado por trilho para aplicar um revestimento Layer-by-Layer (LbL) em partículas em um dispositivo microfluídico. A abordagem microfluídica passiva permite o manuseio de suspensões de partículas a serem revestidas no sistema. A trajetória das partículas é controlada por meio de trilhos gravados, induzindo o movimento lateral das partículas enquanto mantém o fluxo de líquido orientado axialmente (e a interface de diferentes líquidos) inalterado. A profundidade e o ângulo dos trilhos juntamente com a velocidade do líquido foram estudados para determinar uma geometria viável do dispositivo. Um procedimento de revestimento LbL descontínuo foi convertido em um processo contínuo, demonstrando que o chip pode executar sete etapas consecutivas normalmente conduzidas em operação em lote, facilmente extensível a números de ciclo maiores. O revestimento das partículas com duas bicamadas foi confirmado por microscopia de fluorescência.

A capacidade de manipular micropartículas é crucial para muitas aplicações em engenharia, química, biologia e física. Várias aplicações requerem processamento, classificação ou automontagem de partículas. Projetar partículas avançadas requer o uso de processos de deposição para produzir blocos de construção complexos e nanoestruturados. Uma das técnicas de deposição muito populares atualmente é o método de montagem Layer-by-Layer (LbL) 1,2 introduzido por Decher et al. Este método tem muitas vantagens: sua preparação simples, versatilidade, melhoria das propriedades do material, controle sobre a estrutura do material, porosidade, robustez, possibilidade de aplicação de altas cargas de biomoléculas nos filmes3. O método LbL recebeu atenção considerável nas áreas de engenharia e biomédica e é aplicado, por exemplo, na administração de medicamentos, óptica integrada, sensores e revestimentos redutores de fricção. No método LbL clássico, filmes finos são formados pela deposição subsequente de polieletrólitos de cargas opostas (eletrólitos de polímeros) em um substrato de qualquer formato, resultando em multicamadas de polieletrólitos. A adsorção do filme é principalmente o resultado de interações eletrostáticas que ocorrem entre eletrólitos policatiônicos e polianiônicos. A camada pode ser obtida de várias maneiras, por exemplo, por imersão, revestimento por rotação ou revestimento por pulverização. A automação dos processos LbL usando reatores convencionais em macroescala é altamente desejável, mas difícil de implementar. Esses processos demorados e não contínuos geralmente requerem equipamentos volumosos e caros. Além disso, problemas como não uniformidade e agregação de microcápsulas são frequentemente encontrados, exigindo a aplicação de etapas de processamento a jusante, como centrifugação, lavagem e ressuspensão. Além disso, o consumo de reagentes é maior em processos em lote, o que pode ser um fator importante quando, por exemplo, está envolvido um medicamento caro.

O manuseio de partículas é essencial nas abordagens de fabricação de partículas. Entre muitas técnicas disponíveis, pinças ópticas são notavelmente poderosas para manipular objetos individuais. Pinças ópticas usam forças exercidas por um feixe de luz fortemente focado para capturar e mover partículas que variam em tamanho de dezenas de nanômetros a dezenas de micrômetros e podem ser usadas para organizar montagens planares de partículas coloidais, mas também para construir bombas e válvulas ópticas construídas de partículas coloidais em canais microfluídicos ativados com pinças ópticas4,5,6. Outra técnica de manipulação de partículas utiliza ondas sonoras, exigindo uma densidade de potência menor do que as pinças ópticas. Ding et ai. desenvolveram um dispositivo acústico, baseado em ondas acústicas de superfície estacionária que podem capturar e manipular micropartículas individuais com controle em tempo real7. Uma onda estacionária acústica de fluxo contínuo é usada para a separação de partículas em uma faixa de tamanho de dezenas de nanômetros a dezenas de micrômetros. A tecnologia de pinça acústica facilita o foco, separação, alinhamento e padronização de partículas8,9,10. Uma onda acústica de superfície focada (FSAW) foi usada em um ambiente microfluídico para produzir microcápsulas com uma estrutura núcleo-casca11. Partículas magnéticas podem ser manipuladas em canais microfluídicos com o uso de campo magnético12,13. O magnetismo tem sido usado em microfluídica para atuação, manipulação e detecção. As forças envolvidas na micromagnetofluídica foram extensivamente descritas e são geralmente bem compreendidas14. Muitas aplicações foram desenvolvidas até agora, tendo como exemplo proeminente a separação magnética de fluxo contínuo de partículas e células15. Outro método ativo para controlar o movimento das partículas é a dieletroforese de ângulo inclinado16. A trajetória em ziguezague das partículas através de três fluxos laminares paralelos foi realizada por meio de pares de eletrodos paralelos inclinados adjacentes dispostos em ziguezague ao redor do canal microfluídico16. Métodos para controlar o movimento de micropartículas em dispositivos microfluídicos já foram extensivamente estudados e relatados17.