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Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 184 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

A microfluídica de gotículas oferece uma plataforma a partir da qual foram propostas novas tecnologias de ensaio molecular digital, triagem de doenças, cicatrização de feridas e síntese de materiais. No entanto, as atuais tecnologias comerciais de geração, montagem e imagem de gotículas são muito caras e rígidas para permitir um ajuste rápido e amplo de recursos/cargas de gotículas. Este gargalo de prototipagem rápida limitou a expansão de sua aplicação. Aqui, um kit de microfluídica de gota de pipeta caseiro barato é introduzido. Este kit inclui pontas de pipetas elípticas que podem ser fabricadas com uma ferramenta simples de bricolage (faça você mesmo), um chip exclusivo de imagem de centro raso impresso em 3D ou baseado em fita que permite montagem/imobilização rápida de gotículas de monocamada e geração de imagens com um sensor inteligente. câmera do telefone ou microscópio em miniatura. As gotículas são geradas por pipetagem manual ou automática sem bombas microfluídicas caras e limitadas ao laboratório. O tamanho da gota e a viscosidade/tensão superficial do fluido podem variar significativamente devido aos nossos projetos específicos de geração, montagem e imagem de gotas. A versatilidade deste kit de prototipagem rápida é demonstrada com três aplicações representativas que podem se beneficiar de uma plataforma microfluídica de gotículas: (1) Gotículas como microrreatores para reação de PCR com transcrição reversa para detectar e quantificar RNAs alvo. (2) Gotículas como microcompartimentos para cultura de spirulina e as mudanças ópticas de cor/turbidez em gotículas com spirulina confirmam o sucesso da cultura fotossintética. (3) Gotículas como modelos/moldes para síntese controlada de microgéis Janus compostos de poliacrilamida/ouro revestidos com ouro. O kit portátil fácil de fabricar e fácil de usar é, portanto, ideal para laboratórios de design, treinamento e educação.

A microfluídica de gotículas emergiu como uma ferramenta poderosa para uma variedade de aplicações multidisciplinares1,2. As excitantes tecnologias biotecnológicas propostas e comercializadas com base na microfluídica de gotículas incluem ensaio de célula única3,4, PCR digital de gotículas5,6, triagem rápida de câncer7,8, triagem de drogas ou imunoterapia9,10, triagem de suscetibilidade a antibióticos11, aloenxertos de ilhotas implantáveis12,13 etc. Geralmente, para essas e muitas outras aplicações, as gotículas são normalmente usadas como microrreatores, microcompartimentos ou gabaritos/moldes e um grande número delas garante as vantagens exclusivas da microfluídica de gotículas14,15,16,17. Um bom exemplo é a reação em cadeia da polimerase digital em gotículas (ddPCR), que utiliza gotículas como microrreatores6,18. Simplesmente dividindo a mistura de reação de PCR em muitas gotículas uniformes, os ácidos nucleicos alvo são distribuídos nas gotículas de acordo com a distribuição de Poisson e podem ser subsequentemente quantificados para resolução de cópia única após amplificação por PCR19. O desempenho aprimorado é aprimorado por um grande número de gotículas (104–106) que atenua as influências de inibidores ou não-alvos e permite a quantificação absoluta sem construção tediosa de curvas padrão20,21. Outro exemplo é o encapsulamento de células/microorganismos em gotículas ou microgéis derivados de gotículas que podem fornecer numerosos microcompartimentos com os microambientes biofísicos/bioquímicos adequados para estudo de alto rendimento de células isoladas e microorganismos para agilizar a triagem e otimização em larga escala, mesmo com análise sequencial de ensaio permitida por microgéis permeáveis13,22,23,24,25,26,27,28. Além de aplicações em microrreatores e microcompartimentos, gotas como micromoldes/moldes têm sido sugeridas para a síntese de micro/nanomateriais macios e duros29,30,31. O tamanho diminuto controlado, a grande área de superfície por unidade de volume, o confinamento e o grande número de gotículas permitem a síntese fácil de materiais com estruturas e funcionalidades desejadas devido à segregação rápida e aos efeitos de concentração introduzidos pelo gradiente de alta hidrofobicidade, forte interação surfactante/superfície e aglomeração efeitos32,33. A microfluídica de gotículas claramente inspirou várias tecnologias promissoras em várias disciplinas.