Caracterização sistemática de sala limpa

Nov 09, 2023

Microsystems & Nanoengineering volume 8, Número do artigo: 54 (2022) Citar este artigo

2185 Acessos

1 Citações

1 Altmétrica

Detalhes das métricas

As válvulas integradas permitem o controle automatizado em sistemas microfluídicos, pois podem ser aplicadas para fins de mistura, bombeamento e compartimentalização. Essa automação seria altamente valiosa para aplicações em sistemas organ-on-chip (OoC). No entanto, os sistemas OoC normalmente têm dimensões de canal na faixa de centenas de micrômetros, que é uma ordem de grandeza maior do que as válvulas microfluídicas típicas. O processo de fabricação mais usado para válvulas integradas de polidimetilsiloxano (PDMS) normalmente abertas requer um fotorresiste de refluxo que limita a altura do canal alcançável. Além disso, os baixos volumes de curso dessas válvulas dificultam a obtenção de vazões de microlitros por minuto, normalmente necessárias em sistemas OoC. Aqui, apresentamos uma 'macroválvula' mecânica fabricada por litografia macia multicamadas usando moldes diretos microfresados. Demonstramos que essas válvulas podem fechar canais arredondados de até 700 µm de altura e 1000 µm de largura. Além disso, usamos essas macroválvulas para criar uma bomba peristáltica com uma taxa de bombeamento de até 48 µL/min e um dispositivo de mistura e dosagem que pode atingir a mistura completa de um volume de 6,4 µL em apenas 17 s. Um experimento inicial de cultura celular demonstrou que um dispositivo com macroválvulas integradas é biocompatível e permite a cultura celular de células endoteliais durante vários dias sob perfusão contínua e atualização automática do meio.

Organ-on-chips (OoCs) são comumente definidos como dispositivos de cultura de células microfluídicas contendo dois canais paralelos endereçáveis ​​independentemente que são separados por uma membrana porosa. Diferentes tipos de células podem ser cultivados em ambos os lados da membrana, resultando em uma interface tecido-tecido complexa, órgão-específica1,2. Os dispositivos OoC são considerados uma poderosa alternativa aos modelos convencionais in vitro e animais3. No entanto, a realização de experimentos de cultura de células no chip não é trivial. Os OoCs podem ser trabalhosos e difíceis de usar, pois exigem experiência em microfluídica e cultura de células4,5.

Para traduzir OoCs de dispositivos de prova de conceito em sistemas comerciais, por exemplo, triagem de drogas e medicina personalizada, é crucial que os sistemas OoC tenham um maior rendimento. OoCs multiplexados são uma abordagem promissora para aumentar o rendimento de experimentos OoC5,6. Nos últimos anos, vários sistemas microfluídicos foram apresentados com um nível mais alto de paralelização ou rendimento, mas cada um deles tem suas próprias desvantagens. Por exemplo, o Mimetas OrganoPlate® é um sistema com 40 a 96 poços de cultura independentes ou OoCs7. No entanto, requer muitas etapas de pipetagem para preencher cada chip individual, a área de cultura celular é pequena e a configuração requer o uso de um hidrogel (como barreira semipermeável e/ou como substrato celular). Zakharova et ai. mostrou um exemplo de projeto com uma entrada comum e oito saídas paralelas que podem ser usadas para atingir níveis mais altos de rendimento, mas ainda é necessário muito manuseio manual8.

Sistemas com válvulas microfluídicas integradas são frequentemente usados ​​para reduzir a necessidade de manuseio manual de líquidos, como os mostrados por Vollertsen et al.9,10. Esses sistemas geralmente usam válvulas normalmente abertas integradas11, pois as válvulas são fáceis de fabricar e ocupam pequenas dimensões em relação às larguras do canal quando comparadas às válvulas normalmente fechadas12,13. Em 2000, Unger et al. apresentou uma válvula PDMS normalmente aberta que é muito usada atualmente, também conhecida como válvulas estilo Quake12. Essas microválvulas são uma ferramenta essencial para o controle automatizado em microfluídica, pois podem ser aplicadas para fins de mistura, bombeamento e multiplexação em uma ampla gama de aplicações9,10,14,15. Embora esses sistemas microfluídicos de integração em larga escala (mLSI) permitam um maior rendimento, eles não são compatíveis com as grandes dimensões do canal necessárias para acomodar culturas de células relevantes em OoCs.