Pensando fora do chip: projetando e desenvolvendo microfluídica

Sep 06, 2023

por Steve Green

25 de maio de 2023

10:15

Steve Green, chefe de design da Oxford Product Design, explora alguns desafios menos discutidos no design e desenvolvimento de dispositivos microfluídicos para a saúde.

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De um modo geral, a microfluídica envolve o comportamento, a manipulação e o controle de fluidos que são restritos a uma geometria muito pequena, normalmente na escala micrométrica. Na indústria médica, a microfluídica tornou-se uma ferramenta cada vez mais importante para diversas aplicações.

Uma das principais vantagens da microfluídica é a capacidade de lidar com quantidades muito pequenas de material biológico, como sangue ou saliva. Isso pode ser especialmente útil para testes de diagnóstico para coletar pequenas amostras.

Ao permitir que pesquisadores e médicos manipulem e analisem pequenos volumes de material biológico com alta precisão e exatidão, a microfluídica está ajudando a impulsionar avanços em diagnósticos, descoberta de medicamentos e medicina personalizada.

Dentro do diagnóstico, a microfluídica está sendo amplamente utilizada no desenvolvimento de sistemas de ponto de atendimento, que podem ser usados ​​para detectar rapidamente doenças ou condições em um ambiente clínico. Esses dispositivos podem ser projetados para serem portáteis, baratos por teste, fáceis de usar e rápidos para obter resultados, tornando-os ideais para situações de emergência.

É um campo empolgante e em rápida evolução, com um tremendo potencial para revolucionar a forma como abordamos a saúde, recebendo muita atenção da mídia, da academia e dos capitalistas de risco. Embora existam dispositivos começando a penetrar no mercado, a realização desses benefícios pode ainda não refletir o dinheiro e o esforço investidos.

Um desafio óbvio que atrai muito esforço e atenção durante o desenvolvimento é o próprio dispositivo microfluídico (ou 'chip'). A interação entre dinâmica de fluidos, química de superfície e técnicas de microfabricação, bem como a compreensão da física e química subjacentes, torna-se um obstáculo técnico absorvente de atenção. Além disso, a exigência de resultados confiáveis, reprodutíveis e escaláveis ​​exige um equilíbrio cuidadoso e otimização de esforços durante todo o processo de design e desenvolvimento.

No entanto, o 'chip' microfluídico é apenas uma pequena parte do sistema maior e a integração desses dispositivos com outros componentes e requisitos pode ser um desafio.

Aqui estão alguns aspectos dos sistemas microfluídicos que ficam 'fora do chip' que não devem ser ignorados:

Integração do sistema: Em muitos casos, os sistemas microfluídicos devem ser integrados a sistemas externos, como bombas, válvulas e sensores.

Interfaces : O fluxo de fluido é conduzido por gradientes de pressão. Projetar conexões e interfaces fluidas que sejam limpas, confiáveis, livres de vazamentos e fáceis de usar pode ser um desafio de engenharia significativo.

Controles (detecção e feedback): Para obter controle de circuito fechado sobre sistemas microfluídicos, muitas vezes é necessário incorporar sensores e mecanismos de feedback. Isso pode ser desafiador devido ao pequeno tamanho do sistema, que pode exigir o desenvolvimento de tecnologias de detecção especializadas que possam operar em microescala.

Estabilidade e robustez : Os sistemas microfluídicos podem ser sensíveis a mudanças nas condições ambientais, como temperatura, umidade e vibração. O desenvolvimento de sistemas estáveis ​​e robustos requer um projeto cuidadoso de componentes e materiais, bem como algoritmos de controle avançados.

Exemplo de introdução : A introdução de amostras biológicas em dispositivos microfluídicos apresenta desafios como preparação, manuseio e armazenamento de amostras; volume e concentração da amostra; contaminação e reatividade cruzada; e desenvolvimento e validação de ensaios. Esses desafios devem ser gerenciados cuidadosamente para garantir que os dispositivos microfluídicos produzam resultados confiáveis ​​e precisos.

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