Modificação a longo prazo da superfície do polidimetilsiloxano (PDMS) para aplicação em biomicrofluídica e dispositivos biomédicos

Abstract

Esta dissertação tem como objetivo o desenvolvimento e otimização de processos para o tratamento do polidimetilsiloxano (PDMS) por forma a modificar a molhabilidade da sua superfície, de uma forma controlada, estável e por longos periodos de tempo, de modo a permitir a sua aplicação em biomicrofluídica e dispositivos biomédicos. Nos últimos anos, os dispositivos microfluídicos têm sido cada vez mais desenvolvidos, pois apresentam vantagens para a área da medicina, por exemplo no diagnóstico rápido, e também na área da biomédica para estudos que permitam uma medicina mais personalizada. Atualmente, o principal material utilizado para a sua fabricação é o PDMS, devido às suas inúmeras vantagens como o baixo custo, rapidez de fabrico, biocompatibilidade, transparência óptica, entre outras. Porém, apresenta como desvantagem a sua hidrofobicidade (± 105 ° com a água) e permite a adsorção de moléculas como proteínas e drogas, limitando a sua aplicação em estudos de bioengenharia. Então para que a aplicação do PDMS seja ainda mais versátil e vantajosa é necessário modificar e controlar a sua superfície em termos de molhabilidade, em particular, tornando-o mais hidrofílico. Neste trabalho vão ser aplicados dois métodos de modificação de superfície, modificação por mistura bulk e por imersão em solução. Diferentes surfactantes vão ser estudados: BL4, B93 e a mistura de ambos, PEO, PEG e Pluronic F127. Testes de análise de superfície como medições de ângulo de contacto, FTIR e Raman vão ser realizadas. E a fabricação 3D vai ser explorada para a fabricação dos moldes dos microcanais para testes de capilaridade. Com este estudo foi possível modificar a molhabilidade do PDMS tornando-o completamente hidrofílico por longos períodos de tempo e compreendeu-se também que controlando a quantidade de surfactante é possível controlar o quanto hidrofílica se torna a superfície. Este estudo traz vantagens na aplicação do PDMS em culturas celulares, estudos com drogas, mas também em outras áreas como coating de superfícies para impedir o crescimento de bactérias ou vírus.

This dissertation aims to develop and optimize processes for the treatment of polydimethylsiloxane (PDMS) in order to modify the wettability of its surface, in a controlled and stable way and over long periods of time, in order to allow its application in biomicrofluidics and biomedical devices. In recent years, microfluidic devices have been increasingly developed, as they present advantages for the medical field, for example in rapid diagnosis, and in the biomedical field for studies that allow a more personalized medicine. Currently, the main material used for its manufacture is PDMS, due to its numerous advantages such as low cost, speed of manufacturing, biocompatibility, optical transparency, among others. However, the disadvantage is its hydrophobicity (± 105 ° with water) and the adsorption of molecules such as proteins and drugs, limiting its application in bioengineering studies. Therefore, for the application of PDMS to be even more versatile and advantageous, it is necessary to modify and control its surface in terms of wettability, in particular, making it more hydrophilic. In this work, two surface modification methods will be applied, modification by bulk mixing and by immersion in a solution. Different surfactants will be studied: BL4, B93 and a mixture of both, PEO, PEG and Pluronic F127. Surface analysis tests such as contact angle, FTIR and Raman measurements will be carried out. And 3D manufacturing will be explored to manufacture the microchannel molds for capillary tests. With this study it was possible to modify the wettability of PDMS making it completely hydrophilic for long periods of time and it was also understood that by controlling the amount of surfactant it is possible to control how hydrophilic the surface becomes. This study brings advantages in the application of PDMS in cell cultures, drug studies, but also in other areas such as surface coating to prevent the growth of bacteria or viruses.