Fase Diagrama Caracterização utilizando esferas magnéticas como veículos líquidos

O objetivo geral do experimento a seguir é analisar o volume de arraste entre segmentos líquidos adjacentes em um dispositivo de laboratório com tubos utilizando esferas magnéticas. Isso é alcançado pela fabricação do dispositivo com tubos hidrofóbicos, montado em uma bomba de seringa de modo a conter múltiplos segmentos líquidos separados por uma válvula de ar, e incorporando tanto esferas magnéticas quanto um corante fluorescente a um dos líquidos. Como segundo passo, a intensidade fluorescente dos segmentos líquidos adjacentes é medida utilizando um microscópio após cada transferência das esferas magnéticas realizada com um ímã externo.

A seguir, uma análise numérica é realizada nessas medidas de intensidade fluorescente para calcular o volume de arraste das microesferas magnéticas. Os resultados mostram que a análise da mudança de fase em um sistema multicomponente composto por dois líquidos é viável, com base na capacidade de utilizar microesferas magnéticas como método para transferir volumes líquidos na escala de microlitros entre reservatórios adjacentes. Assim, como espero que você veja hoje, estamos trabalhando com uma técnica muito empolgante e simples, que envolve o uso de microesferas magnéticas para transferir fluidos dentro de um tubo simples, em vez de circuitos microfluídicos convencionais mais complexos.

E nós, nós a aplicamos inicialmente à investigação da separação de faces entre fluidos admissíveis, e agora estamos expandindo isso para outras aplicações, incluindo análise diagnóstica de sangue integral com separação de proteínas das hemácias, análise de urina, imunoensaios e assim por diante. A principal vantagem dessa técnica em comparação com outros métodos existentes, como o uso de canais microfluídicos, é sua simplicidade e fabricação de baixo custo. Oferece alta variabilidade de uso entre diferentes tipos de experimentos e apresenta resultados consistentes.

Embora este método possa fornecer informações sobre aplicações que exigem o deslocamento de volumes mínimos e máximos, ele também pode ser aplicado a outros sistemas, como separação de sangue, direcionamento de fármacos e agentes de contraste. Para preparar o tubo, corte primeiro o tubo em segmentos de 15 centímetros, pendure os segmentos verticalmente usando fita adesiva, colocando uma toalha de papel sob os tubos para coletar a solução excedente de polímero fluoretado. Injete 100 microlitros da solução de polímero fluoretado na abertura superior de cada segmento de tubo usando uma pipeta, de modo que entre em contato com toda a circunferência da parede interna.

Deixe os segmentos de tubo suspensos por uma hora para remover qualquer excesso da solução de polímero fluoro. Em seguida, coloque os segmentos de tubo em uma estufa a 100 graus Celsius por uma hora para curar a camada de revestimento de polímero fluoro. A seguir, prepare a solução diluída de microesferas magnéticas colocando um frasco de amostra de 20 mililitros sobre uma microbalança e zerando a balança.

Agite o recipiente da solução de microesferas magnéticas e, em seguida, retire 0,6 mililitros usando uma micropipeta. Adicione a solução pipetada ao frasco da amostra na balança e adicione 0,4 mililitros de água destilada ao frasco da amostra. Além disso, prepare o corante fluorescente dissolvendo 0,02 por cento em peso do corante em água desionizada e vortexe a solução por um minuto.

Para preparar o dispositivo de tubo, insira um conector fêmea de trava rápida em uma das extremidades do tubo. Coloque o tubo em uma seringa com trava rápida com volume de três mililitros e graduação de 0,1 mililitro. Coloque a seringa na bomba de infusão e ajuste a taxa de infusão em dois mililitros por hora.

Vortexe o recipiente com uma solução de microesferas magnéticas antes de inserir 20 microlitros no tubo utilizando a retirada por bomba de seringa. Após a conclusão da inserção de líquido na câmara de teste, retire seis microlitros de ar para dentro do tubo. Esse volume de ar formará posteriormente uma válvula entre os dois segmentos líquidos.

Após a inserção do espaço de ar ser concluída, inicie a retirada de 180 microlitros do líquido com corante fluorescente. Coloque um segundo conector bloqueador fêmea na outra extremidade do tubo e remova o dispositivo do tubo da seringa. Em seguida, coloque tampas bloqueadoras em ambas as extremidades do dispositivo.

Realize a medição inicial da intensidade de fluorescência da câmara de teste e do reservatório utilizando o microscópio invertido. Posicione o dispositivo sobre a parte superior do ímã cúbico de forma que as microesferas magnéticas se separem todas para uma área na câmara de teste. Transfira as microesferas para o reservatório movendo o dispositivo sobre a parte superior do ímã.

Uma vez que o aglomerado de microesferas magnéticas seja transferido através da lacuna de ar e para dentro do reservatório, agite as microesferas magnéticas colocando o dispositivo sobre a parte superior do ímã e girando para liberar o líquido aprisionado dentro do aglomerado até que a homogeneização do reservatório seja concluída. Em seguida, coloque o dispositivo sobre a parte superior do ímã de modo que as microesferas magnéticas no reservatório se separem todas para uma única área. Transfira o aglomerado de microesferas magnéticas de volta para a câmara de teste.

Uma vez que o agregado atinja a câmara de teste, agite as microesferas magnéticas colocando o dispositivo sobre o ímã e girando-o. Libere o líquido fluorescente aprisionado até que a homogeneização da câmara de teste seja concluída. Realize medições da intensidade fluorescente tanto da câmara de teste quanto do reservatório utilizando o microscópio invertido.

Repita esses passos até que ambos os segmentos líquidos apresentem intensidades de fluorescência semelhantes. Para preparar o dispositivo de tubo, insira um conector fêmea tipo lure lock em uma das extremidades do tubo e coloque o tubo em uma seringa com conector lure lock. Em seguida, coloque a seringa na bomba de infusão e ajuste a taxa de alimentação em dois mililitros por hora.

Insira 20 microlitros de uma solução mista na proporção um para um de esferas magnéticas em água com C 12 E cinco no tubo utilizando a retirada por bomba de seringa. Após a conclusão da inserção do líquido na câmara de teste, retire seis microlitros de ar para dentro do tubo após a inserção do espaço de ar. Inicie a retirada de 180 microlitros de surfactante C 12 E cinco puro para ajustar a óptica.

Primeiro, mova a bomba de seringa com o dispositivo de tubo de modo que a câmara de teste com as microesferas magnéticas fique em foco. Utilize polarizadores cruzados com o microscópio estereoscópico. Para realçar o contraste entre a fase sólida precipitada e a fase líquida, coloque uma folha de filme polarizador sobre uma fonte de luz LED. Deslize a fonte de luz LED sob o tubo conectado à bomba de seringa.

Fixe outro filme polarizador à lente do microscópio estereoscópico usando fita adesiva, certificando-se de que os dois filmes polarizadores tenham um deslocamento de 90 graus entre si. Coloque o ímã cúbico ao lado da câmara de teste enquanto o ímã estiver montado em um suporte. Assim que as microesferas magnéticas formarem um agregado, comece a bombear líquidos para dentro do tubo a uma taxa de alimentação de dois mililitros por hora, de modo que o agregado de microesferas magnéticas seja movido da câmara de teste através da folga de ar e para dentro da câmara reservatório do surfactante.

Quando o aglomerado de microesferas magnéticas atingir o ponto médio da câmara do reservatório, pare a bombagem na bomba de seringa. Afaste o ímã cúbico do tubo para que as microesferas magnéticas se separem e reduza o tempo de difusão do líquido aprisionado no aglomerado de microesferas magnéticas. Após a conclusão da difusão e da mudança de fase do líquido, coloque o ímã novamente em sua posição anterior junto ao reservatório, para que as microesferas magnéticas se reagrupem em um aglomerado.

Usando a bomba de seringa, aspire os líquidos de modo que o aglomerado de microesferas magnéticas seja transferido do reservatório de surfactante através da folga de ar e retorne à câmara de teste. Após o aglomerado de microesferas magnéticas atingir o ponto médio da câmara de teste, pare a bomba de seringa e afaste o ímã cúbico do tubo. Uma vez concluídas a difusão e a mudança de fase do líquido, posicione o ímã novamente em sua posição anterior junto ao reservatório, para que as microesferas magnéticas se reagrupem em um aglomerado.

Repita esses passos até que a câmara de teste exiba uma mudança de fase. É mostrada aqui uma imagem das esferas magnéticas na água e do surfactante não iônico C 12 E cinco dentro do tubo hidrofóbico. Durante o processo inicial de transferência das esferas magnéticas, as esferas são mantidas no lugar usando um ímã cúbico externo.

Enquanto os líquidos são bombeados para a esquerda aqui, as microesferas estão saindo da câmara de teste e entrando no C 12 E cinco. Assim que as microesferas magnéticas entram, a água com surfactante começa a difundir-se para longe da estrutura das microesferas magnéticas. Após as microesferas magnéticas permanecerem na câmara de surfactante por cinco segundos, apenas uma pequena quantidade de mudança de fase é observada no momento de dez segundos.

As microesferas magnéticas são completamente envolvidas pelo surfactante. A mudança de fase prossegue até a marca de 92 em quatro minutos. A mudança de fase aumenta aos nove minutos.

A mudança de fase horizontal começa a reduzir enquanto a estrutura cresce verticalmente. Enquanto aos 17 minutos a mudança de fase já havia diminuído drasticamente em tamanho, aos 25 minutos resta apenas uma pequena quantidade da mudança de fase visível. Aqui está a condição inicial de uma câmara de teste de água C 12 V cinco com microesferas magnéticas no dispositivo antes da transferência do surfactante.

Após seis transferências de ida e volta, ocorreu uma mudança de fase. Inversamente, na ausência de microesferas magnéticas no dispositivo, nenhuma mudança de fase foi observada, comprovando que os resultados observados se deviam à arraste de microesferas magnéticas e não ao líquido. Adesão às paredes internas da tubulação ao tentar realizar este procedimento.

É importante dispor de tempo suficiente para permitir que o processo de difusão ocorra durante a transferência de líquidos entre reservatórios adjacentes seguindo este procedimento. Outras opções, como o uso de um eletroímã, podem ser incorporadas ao nosso sistema com o objetivo de responder a questões adicionais, como a forma de acelerar o processo de separação e como minimizar a manipulação manual. Para colocar isso em contexto, esta técnica muito simples, que envolve basicamente um tubo plástico, esferas magnéticas e um ímã externo, tem sido aplicada na separação de diferentes fluidos e na exploração do espaço de seus diagramas de fases.

No entanto, a versatilidade e simplicidade da técnica compensarão em muitas outras aplicações, principalmente na área de análise diagnóstica de diferentes fluidos. Ao utilizar abelhas magnéticas para transportar pequenos volumes, direta ou indiretamente por meio da funcionalização dos grânulos magnéticos, podemos analisar os componentes da amostra de fluido. E isso tem aplicações em diversas áreas.

Por exemplo, a separação e análise de proteínas de glóbulos vermelhos no sangue total, de forma semelhante na urina e em muitos outros fluidos que podem ser analisados dessa maneira usando uma técnica simples, sem a complexidade e o custo associados à fabricação convencional de dispositivos microfluídicos.