Microfluídica é a ciência e a tecnologia de controlar quantidades muito pequenas de fluido dentro de minúsculos canais. Esses fluidos podem ser líquidos ou gases, e os canais geralmente têm menos de um milímetro de largura.

Nessa escala, os fluidos se comportam de maneira diferente. A tensão superficial, a viscosidade e a geometria do canal são mais importantes do que a gravidade ou a turbulência. Isso proporciona aos engenheiros e cientistas uma vantagem útil: pequenos volumes podem ser movidos, misturados, aquecidos, separados ou analisados com um alto grau de controle.

É por isso que a microfluídica é usada em muitos produtos compactos de ciências da vida. Ela permite que amostras e reagentes sejam gerenciados por um produto de forma controlada, geralmente em um espaço menor, com menos fluido e etapas de processo mais curtas do que configurações laboratoriais convencionais.

A microfluídica orienta fluidos através de microcanais, câmaras e pontos de controle projetados com precisão. Em vez de mover uma grande quantidade de amostra por tubos, um produto microfluídico desloca pequenos volumes de amostra e reagente por um caminho interno compacto.

Um processo microfluídico simples geralmente inclui:

• Uma entrada, onde a amostra ou o reagente entra no produto
• Microcanais, que guiam o fluido através do caminho
• Elementos de controle, como pressão, ação capilar, bombas ou válvulas
• Zonas de processamento, onde ocorrem mistura, aquecimento, separação ou reações
• Uma área de detecção ou saída, onde o resultado pode ser medido, lido ou transferido

A configuração exata depende da tarefa. Um produto de diagnóstico, um sistema de dosagem e um modelo de órgão-em-um-chip podem aplicar princípios microfluídicos, mas não necessitam de ter a mesma arquitetura.

Pense em um chip microfluídico como uma pequena rota estruturada para fluidos. Uma amostra entra no chip, percorre canais estreitos, alcança uma ou mais áreas funcionais e em seguida produz um resultado mensurável. Em um sistema lab-on-a-chip, esse método pode substituir várias etapas laboratoriais manuais. Um único produto pode ajudar a preparar uma amostra, misturar reagentes e controlar as condições de reação.

O resultado é um processo mais compacto. Etapas que antes exigiam mais espaço, mais manuseio manual e mais componentes separados estão se tornando mais curtas e mais fáceis de controlar.

Na microescala, o fluxo de um fluido é geralmente controlado com precisão e previsível. Em muitos sistemas microfluídicos, o fluxo é laminar, o que significa que as camadas de fluido se movem lado a lado com um grau mínimo de mistura causada por turbulência. Isso muda a maneira como os engenheiros projetam um produto: Mistura, dosagem e tempo de reação muitas vezes dependem do formato do canal, comprimento do trajeto, controle de pressão e das propriedades de superfície do material.

Três princípios são particularmente importantes:

• Os efeitos de superfície são mais fortes, porque os fluidos estão em contato com uma área superficial maior em relação ao seu volume
• Maior previsibilidade do fluxo que favorece a dosagem repetível e a análise de amostras
• Volumes pequenos reagem rapidamente, porque as distâncias de transferência de calor e massa são curtas

Uma propriedade que pode ser especialmente valiosa em processos biológicos e químicos. Os volumes necessários das amostras ou reagentes podem ser menores e as etapas sensíveis podem ser realizadas em um ambiente controlado.

A microfluídica é utilizada onde houver a necessidade de controlar, analisar ou processar pequenos volumes de fluido. No setor de ciências da vida, ela é frequentemente indispensável em aplicações onde espaço, volume de amostra e repetibilidade são cruciais.

As áreas típicas de aplicação incluem:

• Diagnóstico e IVD, incluindo testes no ponto de atendimento e analisadores compactos
• Sistemas de laboratório-em-um-chip, que integram funções laboratoriais em um pequeno produto
• Microfluídica em biologia, como manipulação e classificação de células, ou análise de célula única
• Modelos de órgão-em-um-chip, nos quais as células recebem nutrientes por meio de finos canais microfluídicos
• Triagem de medicamentos, na qual pequenos volumes de fluidos são utilizados para testes e análises
• Processos automatizados de terapia celular, nos quais o transporte preciso de líquidos contribui para um controle adequado do processo
• Instrumentos analíticos que exigem o deslocamento de amostras, reagentes e gases por caminhos definidos

Se você trabalha em produtos compactos de ciências da vida, os recursos a seguir podem oferecer mais informações sobre o tema. Nossas equipes de pesquisa estão explorando conceitos microfluídicos para automação de laboratórios e tecnologia médica e como podem ser utilizados, por exemplo, na terapia celular CAR-T automatizada e em sistemas de órgão-em-um-chip.

A microfluídica significa mais do que apenas a redução dos caminhos do fluido. Ela proporciona aos engenheiros e cientistas uma arquitetura eficaz para controlar com precisão pequenos volumes de fluidos, permitindo que produtos compactos processem amostras, reagentes e reações com máxima eficiência.

Os pontos mais importantes são:

• A microfluídica controla pequenos volumes de líquidos ou gases no interior de pequenos canais e câmaras
• O comportamento dos fluidos se altera na microescala, portanto, efeitos de superfície, fluxo laminar e geometria de canais são especialmente importantes
• Os produtos microfluídicos podem combinar várias etapas laboratoriais em um formato compacto, como dosagem, mistura, controle e detecção de reações
• As aplicações em Ciências da Vida geralmente se beneficiam do controle preciso de fluidos, especialmente quando o volume da amostra, a repetibilidade e o tamanho do produto são importantes

Depois de esclarecidos os conceitos básicos, o próximo passo útil é saber como o controle de fluidos pode favorecer a confiabilidade, a repetibilidade ou a escalabilidade do produto.