Cientistas Combinam Robótica Convencional e Microfluidos

Os robôs são frequentemente equipados com braços móveis, muitas vezes programados e utilizados para realizar uma variedade de tarefas em fábricas. Esse tipo de robô tradicionalmente teve pouca associação com sistemas miniaturizados que transportam pequenas quantidades de líquido através de capilares finos. Esses sistemas, conhecidos como microfluidos ou laboratório em um 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.

No entanto, 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 robóticas micro e microfluidas 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 vortex 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 seus padrões.

Imagem: ETH Zurich

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

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

Ao manipular cuidadosamente os vórtices e posicionar a agulha de vidro oscilante perto da parede do canal, os cientistas também foram capazes de alimentar seu sistema de mini-canal com eficiência surpreendente.

Ao utilizar um dispositivo acústico assistido por robô, eles foram capazes de capturar partículas finas em fluido de forma eficiente. 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 se mostrou capaz não apenas de armadilhar partículas inativas, mas também embriões de peixes inteiros. Com mais desenvolvimento, o método pode ser usado para capturar células biológicas dentro de fluidos.

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

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

Padrões de vortex em líquidos      Imagem: ETH Zurich

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

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