Pesquisadores estabelecem tecnologia de controle microfluídico para dispositivos de teste de sangue

Um grupo de pesquisa no Japão estabeleceu uma tecnologia de controle microfluídico que pode ser aplicada a pequenos dispositivos de análise de sangue e, consequentemente, desenvolveu um novo dispositivo de imunoensaio integrado. Espera-se que esta tecnologia de controle microfluídico resolva questões de custo – uma das limitações para a implementação social de chips microfluídicos – e crie um dispositivo conveniente para exames de sangue.

Uma equipe é supervisionada pelo Professor Assistente Shunya Okamoto do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Tecnologia de Toyohashi, e outra é supervisionada pelo Professor Associado Yoshiaki Ukita da Faculdade de Pós-Graduação em Pesquisa Interdisciplinar da Faculdade de Engenharia da Universidade de Yamanashi.

Os resultados deste estudo foram publicados em Avanços RSC em 26 de abril.

Em comparação com os sistemas de análise convencionais, aqueles que utilizam chips microfluídicos oferecem vantagens como volume de amostra minimizado e tempo de análise reduzido. No entanto, é necessária uma tecnologia que controle precisamente os fluidos em espaços extremamente minúsculos de aproximadamente 50–300 μm.

O ensaio imunoenzimático (ELISA) é uma técnica de análise usada em análises de sangue para medir biomarcadores de câncer; entretanto, embora altamente sensível, o ELISA requer um controle complexo de fluidos.

Estudos convencionais empregaram estruturas e operações complexas, como a colocação de inúmeras estruturas de válvulas e a conexão de bombas, para realizar esse controle de fluidos, aumentando assim o custo de dispositivos e chips de teste; além disso, é necessário um treinamento extensivo do usuário para operar tais dispositivos. Estas questões tornaram-se grandes limitações à implementação social do ELISA.

Para resolver esses problemas, os pesquisadores desenvolveram um chip microfluídico centrífugo com funções de controle autônomas. O chip compreende um chip microfluídico com apenas uma estrutura de canal simples que pode ser moldada usando tecnologias de produção em massa, como moldagem por injeção. A equipe também realizou análises simplesmente girando o chip a uma velocidade de rotação constante por várias dezenas de minutos (rotação constante).

Até agora, eles demonstraram que este chip microfluídico centrífugo controlado autônomo pode realizar ELISA, o que requer controle complexo de fluidos. No entanto, as principais limitações são que são necessárias numerosas amostras para análise e os utilizadores necessitam de múltiplos chips e extensas operações de distribuição para quantificar a substância de teste.

Para resolver essas limitações, os pesquisadores desenvolveram um mecanismo de distribuição que pode distribuir reagentes automaticamente em vez de trabalho manual e demonstraram a operação de um “dispositivo de análise simultânea de microvolumes multiamostras” que implementa o mecanismo de distribuição em uma unidade de análise.

A demonstração da análise realizada utilizando anticorpos IgG como substâncias de teste mostrou que, embora o volume da amostra fosse suficientemente pequeno – aproximadamente 5 μL (mm³), que pode ser coletado até mesmo por picada no dedo – e tem a mesma sensibilidade de detecção (63,4 pg/mL) da análise manual anterior, o tempo de análise pode ser reduzido em um terço, para aproximadamente 30 min.

Os resultados desta pesquisa utilizam dispositivos protótipos construíveis em nível de laboratório. No entanto, no futuro, a equipe investigará aplicações práticas otimizando o projeto usando métodos e materiais de processamento produzíveis em massa.

Esta tecnologia de controle de fluidos possibilita realizar o controle com chips microfluídicos com uma estrutura simples. Além disso, o dispositivo de controle centrífugo também é simples de operar porque o controle do fluido é viável a uma velocidade de rotação constante. Portanto, esta tecnologia pode contribuir para resolver questões de custos – uma das limitações da implementação social de chips microfluídicos.

Atualmente, os analisadores de sangue são instalados apenas nos laboratórios centrais dos hospitais gerais. No entanto, com os avanços na redução de custos e na miniaturização dos dispositivos, juntamente com a melhoria da operabilidade, os analisadores de sangue podem ser instalados em clínicas, farmácias e domicílios, tornando os exames de sangue acessíveis e melhorando a qualidade de vida das pessoas.