Os cientistas projetaram recentemente um sistema modular baseado no cubo de Rubikprojetar e reconfigurar sistemas microflua­dicos. As equipes de pesquisa já haviam buscado o arranjo de blocos microflua­dicos em diversas conformações para atender a variadas experiências. Neste trabalho, Xiaochen Lai e uma equipe de cientistas da Universidade de Tianjin, na China, foram inspirados pelo popular quebra-cabea§a de Rubik para construir um sistema microflua­dico tridimensional (3D). A configuração pode ser facilmente girada e girada para alterar sua função. Eles imitaram o design do cubo de Rubik com pea§as modulares contendo layouts de microcanais para obter uma vedação estanque e estanque em relação a  disposição do dispositivo. Lai et al. usou um aºnico dispositivo para realizar a cultura microbiana de mistura de fluidos e gota­culas para uma variedade de aplicações prática s como sensores microflua­dicos, bombas e va¡lvulas em ambientes com recursos limitados. O trabalho estãoagora publicado em

Natureza: Microssistemas e Microengenharia .

Os sistemas microflua­dicos são altamente aºteis em pesquisas cienta­ficas para uma sanãrie de atividades, incluindo análises químicas devido a  sua velocidade de reação e funcionalidade de alto rendimento . No entanto, a tecnologia ainda estãoem desenvolvimento e seu potencial continua a ser totalmente explorado, pois o processo de fabricação microflua­dica ainda écaro e demorado. Para implantar rapidamente sistemas microflua­dicos personalizados, os bioengenheiros propuseram o conceito de microflua­dica modular , na qual blocos microflua­dicos individuais podem ser projetados em um design modular e montados para formar um sistema. No presente estudo, Lai et al. propuseram um sistema microflua­dico reconfigura¡vel adaptado do cubo de Rubik devido a várias caracteri­sticas únicas da construção. Para comea§ar, o cubo de Rubik continha um engenhoso mecanismo de intertravamento para evitar vazamentos durante uma fa¡cil reconfiguração. Segundo, a transformação de um estado para outro exigia apenas um ma¡ximo de 20 voltas do cubo para garantir a facilidade de uso. Além disso, o cubo pode ser embaralhado para vários estados a partir da posição inicial para diversas configurações microflua­dicas. O sistema proposto fornece um processo fa¡cil e acessa­vel que abre caminho para aplicativos altamente personalizados em configurações com recursos limitados.

O sistema apareceu como um cubo comum de Rubik, mas todos os 12 cubos de borda e oito cubos de canto foram colocados com blocos contendo microcanais internos para desempenhar funções microflua­dicas. Cada um dos blocos de borda e canto mantinha um chip microflua­dico independente, onde sua entrada / saa­da estava localizada no centro geomanãtrico de umasuperfÍcie. Lai et al. 3-D imprimiu todos esses blocos usando uma impressora de estereolitografia de mesa (SLA). Eles usaram resina transparente para obter transparaªncia para facilitar a observação e inclua­ram dois O-rings de borracha de silicone em cada bloco de borda para garantir um sistema integrado com rotação suave. A estratanãgia de vedação auxiliada por O-ring garantiu o contato vedado entre os blocos para o alinhamento automa¡tico.

Apa³s desenvolver os blocos de cubos microflua­dicos, a equipe avaliou seu desempenho determinando sua dimensão e tolera¢ncia. Eles observaram erros de fabricação durante a impressão 3D, embora esses erros não causassem vazamento de fluido durante sua atividade devido a  estratanãgia de vedação auxiliada por O-ring. Eles então testaram a resistência a  pressão do sistema microflua­dico, que dependia da tensão da mola para manter os blocos juntos com o fluxo de fluido a  prova de vazamentos. A alta resistência a  pressão no cubo também resultou devido a  sua estrutura. Para obter imagens de alta qualidade entre o canal e o cubo, Lai et al. visava construir blocos personalizados com canais e ca¢maras tendenciosos pra³ximos a superfÍcie do cubo para observações auto-suficientes dos microcanais.

Os cientistas reconfiguraram os microflua­dicos virando as faces do cubo e detectaram a sequaªncia seguindo os algoritmos de Rubik - um conjunto de movimentos memorizados com um efeito especa­fico no cubo. Geralmente, uma sequaªncia de movimentos de um algoritmo échamada de rotação Singmaster, onde letras maiaºsculas representam cada movimento. Cada transformação foi possí­vel em segundos e, em alguns casos, Lai et al. usou algoritmos mais simples para uma transformação mais rápida. Usando algoritmos, a equipe designou a posição da maioria dos blocos no cubo para personalizar os microflua­dicos, mas havia alguns limites intra­nsecos ao cubo de Rubik em relação ao arranjo microflua­dico, que eles reconfiguraram com a ajuda de um solucionador de cubos de Rubik on-line. Os cientistas definiram o arranjo final dos blocos microflua­dicos para o estado sem embaralhamento e calcularam um algoritmo para configuração como uma solução relativamente otimizada para o cubo de Rubik. Como o número ma¡ximo comprovado de movimentos necessa¡rios para restaurar qualquer uma das permutações do cubo de Rubik, também conhecido como número de Deus , é20, as mesmas regras são aplicadas ao sistema atual. Portanto, se Lai et al. Para reconfigurar um sistema microflua­dico especa­fico de um estado completamente desarranjado, 20 movimentos foram suficientes.

A configuração proposta tem várias vantagens em comparação com os microflua­dicos modulares relatados anteriormente, incluindo facilidade de uso a  prova de vazamentos e reconfiguração livre de desmontagem em configurações com recursos limitados. Para demonstrar sua utilidade, os cientistas completaram uma sanãrie de cenários. Eles formaram um bloco de junção T para mistura homogaªnea de la­quidos e reconfiguraram o cubo microflua­dico para criar um gerador de gota­culas. A nova instalação permitiu a geração de gota­culas de águaem a³leo para sua coleta, observação e outras funcionalidades. Tais dispositivos microflua­dicos permitem que ocorra uma grande quantidade de reações paralelas para aplicações de alto rendimento . Para aplicações do mundo real, Lai et al. conduziram experimentos de cultura microbiana baseados em gota­culas com o cubo microflua­dico proposto. Cultura microbiana éessencial para uma variedade de aplicações de diagnóstico, genanãtica e bioengenharia para pesquisas altamente paralelas e de alto rendimento na evolução bacteriana. Nesta experiência, os cientistas usaram a cultura de Escherichia coli, incubaram o cubo microflua­dico a  temperatura ambiente e usaram a resazurina como um indicador de viabilidade celular para avaliar as células durante a cultura. A equipe monitorou a atividade celular com base na mudança de cor das gota­culas que passaram de azul para rosa no ini­cio e depois desapareceram, para provar a atividade bacteriana nas gota­culas. Os cientistas também estimaram a concentração de populações bacterianas durante o experimento.

Dessa forma, Xiaochen Lai e a equipe apresentaram um novo manãtodo para construir rapidamente sistemas microflua­dicos personalizados, jogando um cubo de Rubik microflua­dico. A instalação permitiu a montagem flexa­vel de diversos blocos microflua­dicos simplesmente girando as faces do cubo. Apa³s cada rotação, a equipe se alinhava e selava todos os blocos para funções microflua­dicas versa¡teis, sob a orientação de um simples algoritmo de cubo de Rubik. Como prova de conceito, eles criaram um bloco impresso em 3D para formar sistemas microflua­dicos em forma de cubo para boa reconfigurabilidade e rápida implantação no local. Os cientistas pretendem melhorar a versatilidade dos cubos microflua­dicos para aplicações avana§adas. A configuração atual facilitara¡ sistemas microflua­dicos personalizados em configurações com recursos limitados.