Cientistas Combinam Robótica Convencional e Microfluidos

Robôs são frequentemente equipados com braços móveis, muitas vezes programados e usados para realizar uma variedade de tarefas em fábricas. Esse tipo de robô tem tradicionalmente pouca associação com sistemas miniaturizados que transportam pequenas quantidades de líquido através de capilares finos. Esses sistemas, conhecidos como microfluidos ou lab-on-a-chip, geralmente usam bombas externas para mover o líquido através dos chips. No entanto, eles tradicionalmente se provaram difíceis de automatizar, e os chips precisam ser projetados e fabricados sob medida para cada aplicação específica.

Mas agora, uma equipe de pesquisadores liderada pelo Professor Daniel Ahmed, do ETH, está combinando robótica convencional e microfluidos. O dispositivo recém-desenvolvido usa ultrassom e pode ser anexado a um braço robótico. Ele também pode realizar uma ampla gama de tarefas em aplicações micro-robóticas e micro-fluídas ou usá-las para automatizar essas aplicações.

A nova pesquisa foi relatada em Nature Communications.

Dispositivo Novo e Único

Os pesquisadores desenvolveram um dispositivo único capaz de criar padrões de vórtice tridimensionais em líquidos por meio do uso de agulhas de vidro oscilantes alimentadas por transdutores piezelétricos – dispositivos que também são encontrados em alto-falantes, imagens de ultrassom e ferramentas de limpeza dental. Ajustando a frequência dessas oscilações, eles podem controlar com precisão as formações de padrões.

Imagem: ETH Zurich

A equipe usou o dispositivo para demonstrar várias aplicações, como misturar gotículas minúsculas de líquidos altamente viscosos.

“Quanto mais viscosos são os líquidos, mais difícil é misturá-los”, diz Ahmed. “No entanto, nosso método consegue fazer isso porque permite que criemos não apenas um vórtice único, mas também misture os líquidos usando um padrão tridimensional complexo composto por vórtices múltiplos fortes.”

Manipulando cuidadosamente vórtices e posicionando a agulha de vidro oscilante perto da parede do canal, os cientistas também conseguiram alimentar seu sistema de mini-canal com eficiência surpreendente.

Usando um dispositivo acústico assistido por robô, eles conseguiram capturar partículas finas em fluido com eficiência. O tamanho de cada partícula determinou sua reação às ondas sonoras, fazendo com que as partículas maiores se acumulassem em torno de uma agulha de vidro oscilante. Notavelmente, essa mesma técnica mostrou ser capaz não apenas de capturar partículas inerte, mas também embriões de peixes inteiros. Com mais desenvolvimento, o método pode ser usado para capturar células biológicas em fluidos.

“No passado, manipular partículas microscópicas em três dimensões sempre foi um desafio”, diz Ahmed. “Nosso braço micro-robótico torna isso fácil.”

“Até agora, os avanços em robótica convencional grande e aplicações micro-fluídas foram feitos separadamente”, continua Ahmed. “Nosso trabalho ajuda a unir as duas abordagens.

Padrões de vórtice em líquidos      Imagem: ETH Zurich

À medida que avançamos, os sistemas micro-fluídos do futuro podem se aproximar do que é rivalizado pela tecnologia robótica avançada de hoje. Programando um dispositivo único com várias tarefas, como misturar e bombear líquidos e capturar partículas, Ahmed prevê que não precisaremos mais de chips personalizados para cada aplicação. Construindo sobre esse conceito, é a ideia de conectar várias agulhas de vidro em padrões de vórtice intricados – empurrando nossas capacidades além do que era imaginável antes.

Ahmed vislumbra uma variedade de usos potenciais para braços micro-robóticos além do reino da análise de laboratório – qualquer coisa, desde a ordenação de objetos e manipulação de DNA até técnicas de fabricação aditiva, como impressão 3D. Com esses desenvolvimentos, podemos revolucionar a biotecnologia como a conhecemos.