Estudo da eficiência da aplicação da microagitação acústica, Baseada no polímero Beta-PVDF, no processo de mistura de fluidos biológicos em exames clínicos não rotineiros

Abstract

A necessidade de diagnósticos rápidos, com elevada fiabilidade e baixo custo é, actualmente, um dos principais desafios da saúde, principalmente em exames clínicos não rotineiros, realizados com baixa frequência, nos quais é necessário o funcionamento do equipamento com uma produtibilidade reduzida. O desenvolvimento de dispositivos miniaturizados integrados num único chip responde a este problema, permitindo a quantificação com elevada sensibilidade, repetitibilidade e precisão de várias biomoléculas clinicamente relevantes. Um requisito essencial destes microssistemas passa pela integração de um sistema de mistura, de forma a melhorar a mistura dos fluidos. Uma solução interessante recai na integração no microssistema da técnica de microagitação acústica gerada por transdutores piezoeléctricos. O objectivo deste trabalho é, por isso, estudar a eficiência e a optimização da microagitação acústica recorrendo ao polímero piezoeléctrico Poli(Fluoreto de Vinilideno) – PVDF, na sua fase β, para volumes de fluidos muito reduzidos (próximos de 1 μl). Na reacção dos fluidos envolvidos na detecção de ácido úrico e nitrito, estudou-se ainda o aquecimento gerado pelo fenómeno de microagitação acústica, e o seu papel na optimização das reacções. Concluiu-se, com a execução deste trabalho, que o uso da técnica de microagitação acústica baseada no polímero β-PVDF é uma boa opção para promover a mistura e consequente reacção dos fluidos, sendo a sua eficiência tanto melhor quanto maior a amplitude do sinal de actuação. Verificou-se ainda que a maior energia acústica transferida para o fluido e, consequentemente, a maior eficiência obtida na mistura ocorre quando o filme de β-PVDF é colocado a vibrar à sua frequência de ressonância. Pôde também concluir-se que a contribuição do aquecimento na reacção, gerado pelo uso do β-PVDF, é dependente dos fluidos envolvidos e do efeito da temperatura nas suas propriedades físicas. Através do trabalho realizado, foi possível avaliar o contributo da microagitação acústica para a mistura de fluidos envolvidos na detecção de magnésio, nitrito e ácido úrico, confirmando-se assim a sua aptidão para ser aplicada na detecção de várias biomoléculas com elevada importância em diagnóstico clínico.

The need for immediate diagnoses, with high reliability and low costs, is currently one of the major health challenges, especially in non-routine clinical analysis, performed with a low frequency, which require the operation of equipments with a low producibility. The development of miniaturized devices, integrated in a single – chip, can be a solution to this problem, allowing the quantification of several biomolecules with clinical relevance, and results with high sensitivity, repeatability and precision. A key requirement of these microsystems is the integration of a streaming system, which would be a valuable tool for improving the mixing of fluids. An interesting solution could be the integration into microsystems of acoustic streaming, generated through the use of piezoelectric transducers. Therefore, the main objective of this work is to study the efficiency and the optimization of acoustic streaming using the Poli(vinylidene fluoride) – PVDF piezoelectric polymer, in its β phase, for very small volumes of fluids (around 1 μl). For the uric acid and nitrite reactions, it was also investigated the heat generated by the phenomenon of acoustic streaming and its role in the reactions optimization. It was proved that the use of acoustic streaming based on β-PVDF polymer is a good option to promote mixing and consequently the fluids reaction, and the efficiency is better as the amplitude of the actuation signal increases. In addition, it was found that the maximum acoustic energy transferred to the fluid and, consequently, the maximum efficiency in the mixture occurs when the β-PVDF film is vibrating at the resonance frequency. Furthermore, it could be concluded that the contribution of heating for the reaction, generated by the use of β-PVDF, is dependent on the involved fluids and on the temperature effects on its physical properties. Through the work, it was possible to evaluate the contribution of the acoustic streaming for mixing fluids in reactions of magnesium, nitrite and uric acid detection, confirming its ability to be applied in the detection of several biomolecules that have high importance in clinical diagnosis.