Os Impactos das Diferentes Resinas em Reagentes
Sistemas microfluídicos requerem cuidadosa consideração quando se trata de interações químicas, térmicas e físicas com reagentes. As interações entre o reagente e a resina (ou plástico/polímero) precisam ser minimizadas o máximo possível para evitar lixiviação, degradação do sistema, absorção e resultados de ensaios não confiáveis.
A lixiviação de termoplásticos ou reagentes absorventes pode rapidamente criar vulnerabilidades significativas e imprevistas dentro do sistema, sem mencionar os efeitos adversos da energia da superfície. Portanto, se um sistema microfluídico exigir um conjunto específico de requisitos químicos e térmicos, o processo de seleção de polímeros plásticos deve considerar polímeros com propriedades químicas apropriadas (ou empregar uma mistura personalizada de polímero).
Quaisquer tratamentos ou modificações de superfície também devem ser considerados ao selecionar uma resina. A necessidade de níveis específicos de energia superficial pode exigir correções se aditivos inesperados de reagentes, como detergentes, criarem efeitos adversos à capacidade de umedecimento da superfície da resina.
Essas áreas são muitas vezes negligenciadas durante o processo de design inicial. Em consequência, muitas vezes levam a problemas em estágios posteriores de testes e desenvolvimento. Para evitar reformulações dispendiosas, considere cuidadosamente as seguintes propriedades.
Tabelas de plástico e resistência
Resinas (ou plásticos) trazem grandes benefícios para o desenvolvimento de dispositivos microfluídicos. São econômicos, reprodutíveis, extremamente adaptáveis e ideais para dispositivos descartáveis de ponto de atendimento. Eles podem ser moldados muito mais facilmente do que materiais inorgânicos e de papel. Benefícios à parte, é importante considerar os requisitos do dispositivo e o uso pretendido antes de selecionar um material, especialmente no caso de plásticos. Os polímeros plásticos são geralmente categorizados em duas formas: polidimetilsiloxano (PDMS) e termoplásticos.
O PDMS é um dos polímeros mais utilizados devido à sua elasticidade, biocompatibilidade, clareza óptica e permissividade de gás. O material pode ser deformado sob a aplicação de força ou pressão do ar, criando válvulas para maior controle de transporte de fluidos. As desvantagens do PDMS podem incluir deformação inesperada do canal, baixa resistividade a solventes e ácido/base, evaporação, absorção de amostras, lixiviação e recuperação hidrofóbica.
Alternativamente, os termoplásticos são rígidos e se beneficiam da estabilidade mecânica, baixa absorção de água e, em geral, da resistividade a solvente e ácido/base. No entanto, eles variam em composição e reação a certos produtos químicos. As famílias termoplásticas incluem polietileno (PE), policarbonatos (Ac), polipropileno (PP), acrílicos como polimetilmetacrilato (PMMA), copolímero de olefina cíclica (COC), poliestireno (PS) e elastômero termoplástico (TPE).
Existem vários produtos químicos notáveis que podem criar efeitos significativamente adversos entre muitas composições de polímeros, como xileno, ácido sulfúrico concentrado, tricloretileno e clorofórmio. Esses produtos químicos têm sido relatados como tendo grandes efeitos de deterioração na maioria dos grupos de polímeros (embora haja algumas exceções). Os fabricantes com frequência informam compatibilidade e resistências químicas do grupo de polímeros em tabelas que descrevem informações sobre absorção de água, resistência a solvente e ácido/base, transmissividade óptica e propriedades térmicas. Na verdade, existem centenas dessas tabelas. As informações nessas tabelas são importantes para entender a interação entre uma resina e o reagente com que se pretende trabalhar. Estas tabelas devem ser cuidadosamente revisadas para garantir que o dispositivo esteja estável e que o ensaio pretendido seja realizado com precisão. Uma resistência adequada a ácidos, bases e solventes é vital para qualquer dispositivo microfluídico à base de polímero, pois a exposição pode levar à deterioração dos microcanais.
Esteja ciente de que, embora essas tabelas possam fornecer um "quadro geral", elas não necessariamente apresentam o "quadro completo". Muitas delas dizem respeito aos produtos de uma empresa específica e se concentram na integridade física (infelizmente, não há tabelas de resistência verdadeiramente abrangentes devido à riqueza de marcas e produtos no mercado). Além disso, elas normalmente não aderem a um único padrão de classificação. Existem algumas tabelas para polímeros específicos, mas essa informação não é encontrada em outro lugar.
(É importante notar que, embora as tabelas de resistência tendem a generalizar grupos de polímeros, existem empresas de polímeros personalizados cujo modelo de negócio é baseado na formulação do melhor polímero para seus requisitos específicos.)
Absorção e lixiviados
A absorção e a lixiviabilidade muitas vezes não são consideradas até o final do processo de design do dispositivo de diagnóstico in vitro. Isso pode ser um erro: a consideração precoce dessas propriedades pode garantir que seu impacto na confiabilidade e no resultado seja minimizado.
Lixiviados são produtos químicos que vazam para o produto do sistema que o contém (neste caso, a estrutura do polímero) em condições normais de produto, aplicação ou armazenamento. Por outro lado, a absorção refere-se ao produto que vaza ou adere à estrutura do polímero circundante. Na matéria de compostos, aqueles absorvidos e presos no polímero podem degradar a estrutura e, em seguida, lixiviar em amostras subsequentes de ensaio. Assim, a inclusão de compostos imprevistos no produto pode criar um problema significativo para a confiabilidade, eficácia e segurança do ensaio.
No design do dispositivo de diagnóstico in vitro, o potencial de uma resina para lixiviabilidade e absorção precisa ser completamente considerado para minimizar efeitos adversos. O nível de pH do reagente pode ter um impacto significativo na liberação de compostos lixiviáveis. Esses compostos podem ser ácidos ou básicos; assim, o reagente em si pode fornecer um método de extração para o composto lixiviável, uma vez que a solubilidade e o nível de acumulação serão dependentes de pH. Além disso, condições externas como solventes fortes, altas temperaturas e longas durações podem levar os compostos lixiviáveis a serem solubilizados a um grau mais alto. A presença de sais e detergentes também pode apresentar um aumento nos níveis de lixiviados solubilizados no produto.
É essencial garantir que qualquer polímero selecionado minimize o potencial de lixiviação e absorção para que o desempenho do ensaio não seja impactado. Isso pode ser realizado com uma comparação de ensaios lado a lado com polímeros moldados de tamanho semelhante com relações superfície-área-volume comparáveis.
Energia de superfície e modificações
O controle fluídico depende muito da energia superficial e da formulação específica do reagente. A energia de superfície é formada pela alta relação área da superfície-volume que acontece dentro dos sistemas fluídicos em microescala. Posteriormente, a energia superficial varia muito em todo o sistema microfluídico — de hidrofóbica/oleofóbica (baixa energia superficial) a hidrofílico/oleofílico (alta energia superficial)— dependendo dos materiais utilizados.
A energia da superfície é impulsionada pela "capacidade de umidificação da superfície", ou o grau em que um líquido se espalha pela superfície da interface do material. A capacidade de umidificação da superfície surge das forças intermoleculares que atuam entre as moléculas do reagente e superfícies dos materiais.
A energia da superfície é medida observando o ângulo de contato formado entre uma gotícula de água e a superfície do material. Essas forças são o produto das propriedades da substância química do reagente e da hidrofilia superficial (ou revestimento). Assim, fornecendo aditivos à água, as forças de tensão superficial podem ser ajustadas. Por exemplo, os sais têm um impacto relativamente pequeno na tensão superficial. Por outro lado, detergentes e derivados de benzeno têm um impacto maior.
Polímeros têm propriedades naturais de energia superficial; no entanto, é possível personalizar ou modificar quimicamente o polímero para afetá-lo. As superfícies também podem ser tratadas para ajustar a energia da superfície através de preparação (ou revestimentos químicos), limpeza de plasma, deposição de vapor e ajuste da textura e polimento da superfície. A textura e o polimento podem influenciar a energia da superfície, pela qual uma superfície mais polida é geralmente mais hidrofóbica. A resolução da textura da superfície depende do "fluxo" da resina e dos parâmetros de moldagem, como temperatura, pressão e velocidade de injeção e tempo de ciclo.
Conclusão
As resinas oferecem soluções econômicas para sistemas microfluídicos; no entanto, reformulações dispendiosas podem diminuir esse benefício. A interação entre resinas e reagentes pode ter impactos significativos na eficácia do dispositivo microfluídico e no ensaio pretendido. É essencial considerar cada interação resina/reagente para criar uma imagem completa da viabilidade de uma solução potencial baseada em resina.
