Aprimoramento da difusão de solutos em microgotículas usando microrotores sob campo magnético rotacional

Jun 29, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11169 (2023) Citar este artigo

329 Acessos

Detalhes das métricas

No controle de contato vertical (VCC), um arranjo de microgotículas entra em contato seletivamente com um arranjo de microgotículas oposto. Geralmente, o VCC é útil para o mecanismo dispensador baseado na difusão de soluto entre pares de microgotículas. No entanto, a sedimentação devido à gravidade pode causar uma distribuição não homogênea de solutos em microgotículas. Portanto, é necessário aumentar a difusão do soluto para conseguir a distribuição precisa de uma grande quantidade de soluto na direção oposta à da gravidade. Aqui, aplicamos um campo magnético rotacional aos microrotores em microgotículas para aumentar a difusão do soluto em microgotículas. Acionado por microrotores, o fluxo rotacional pode gerar uma distribuição homogênea de solutos em microgotículas. Analisamos a dinâmica de difusão dos solutos utilizando um modelo fenomenológico, e os resultados mostraram que a rotação dos microrotores pode aumentar a constante de difusão dos solutos.

Ensaios bioquímicos, como testes de reação em cadeia da polimerase, tornaram-se cada vez mais importantes recentemente. Para introduzir as amostras coletadas nos instrumentos analíticos para estes ensaios, as amostras são dispensadas em placas de poços com reagentes de teste. A dispensação geralmente é realizada manualmente com uma pipeta. Portanto, esta preparação manual, que representa um pesado fardo para os operadores e gera uma grande quantidade de resíduos plásticos, deve ser substituída por um processo automático e eficaz.

Matrizes de microgotículas são desejadas para novos mecanismos de distribuição . Por exemplo, quando introduzimos uma solução aquosa em um substrato de padrão de molhamento (onde regiões hidrofílicas circulares são padronizadas em um material hidrofóbico), um conjunto de microgotículas pode ser formado espontaneamente . Como as microgotículas são separadas umas das outras em uma matriz, podemos considerá-las como poços individuais. Em outras palavras, um arranjo de microgotículas é um candidato promissor para placas de poços que podem ser integradas em um chip. No método de gotículas suspensas, as células biológicas são cultivadas em matrizes de microgotículas2,5.

Depois de aplicar o controle de contato vertical (VCC) entre um arranjo de microgotículas e um arranjo oposto, as microgotículas coalescem em pares6,7. Como os solutos podem viajar através de uma microgotícula coalescente, o VCC de matrizes de microgotículas é uma abordagem alternativa de manipulação para pipetagem. Ao integrar a eletroumectação na técnica dielétrica com VCC para manipular a forma das microgotículas, permite-nos controlar seletivamente o contato entre os pares arbitrários de microgotículas . Um trabalho anterior relatou que a gravidade pode causar o transporte de esferas de fluorescência (consideradas células) para as microgotículas inferiores através do VCC8.

Além disso, é possível transportar solutos através de microgotículas coalescentes via difusão. Os reagentes de teste inicialmente introduzidos nas microgotas superiores podem difundir-se através das microgotas coalescentes durante o VCC e, assim, podemos dispensar os regentes de teste nas microgotas inferiores. Um trabalho anterior observou oscilações de cálcio celular após VCC entre as microgotas inferiores e superiores, que incluem células e histamina, respectivamente . Além disso, foi relatado que a reação de fluorescência era controlada pela concentração de histamina ajustada usando o VCC de microgotículas.

O controle da concentração de soluto nas microgotículas é importante para a aplicação bioquímica do mecanismo dispensador pelo VCC das microgotículas. No entanto, a diferença de densidade entre o soluto e a água pode causar uma distribuição heterogênea da concentração do soluto em microgotículas coalescentes ao longo da direção da gravidade. Embora a difusão do soluto possa reduzir parcialmente a falta de homogeneidade, uma distribuição homogênea da concentração não seria alcançada. A diferença de concentração entre os solutos nas microgotas superiores e inferiores após a separação depende das propriedades de difusão do soluto. Portanto, um mecanismo adicional de aumento da difusão de soluto pode nos permitir obter uma distribuição homogênea da concentração de soluto, e deve contribuir para a distribuição de soluto das microgotículas de baixo para cima com um controle preciso da concentração.