Miniaturização de sistemas analíticos no Brasil

O desenvolvimento de microssistemas analíticos começou a ser implementado no Brasil no início dos anos 2000 e essa linha de pesquisa já foi objeto de pesquisa na formação de recursos humanos (mestres e doutores) em diferentes centros de pesquisa, como o Instituto de Química da Universidade de São Paulo[47-50], Instituto de Química de São Carlos (Universidade de São Paulo)[44,51] e Instituto de Química da Universidade Estadual de Campinas[52]. Outros trabalhos de pós-doutoramento têm colaborado para a expansão desta linha de pesquisa no país[53-55].

No início da década, uma tecnologia inovadora para fabricar dispositivos através da impressão direta de microcanais em filmes de poliéster foi proposto por do Lago e colaboradores[56]. Esse processo baseia-se no uso de uma impressora laser para imprimir um desenho gráfico contendo a configuração do dispositivo desejado sobre uma transparência. De maneira bastante simples, a impressora deposita uma camada de toner sobre a superfície de uma transparência e os canais podem ser obtidos ao desenhar linhas, que após a impressão, ficam sem a presença de toner. Neste caso, a espessura da camada de toner define a altura dos microcanais enquanto a largura da linha delimita a largura do canal resultante. Essas dimensões são limitadas pela resolução da impressora laser. Essa tecnologia brasileira vem sendo explorada para a produção de uma ampla variedade de dispositivos analíticos.

No trabalho pioneiro, dispositivos para eletroforese com detecção condutométrica sem contato e para espectrometria de massas foram apresentados[47,56]. Em 2004, essa mesma tecnologia foi utilizada para a produção de dispositivos eletroforéticos acoplados com detecção amperométria na saída do canal de separação[51,57]. Em 2005, dispositivos para eletroforese e isotacoforese foram fabricados em PT e integrados com detecção condutométrica sem contato. Neste trabalho, os eletrodos para detecção condutométrica foram fabricados em placas de circuito impresso (PCI)[49] e a integração foi feita pela fixação dos

dispositivos sobre a PCI, usando fitas adesivas. Em 2008, o processo de impressão direta foi utilizado para produzir microcanais e máscaras de toner para fabricação de eletrodos metálicos sobre o filme de poliéster. Neste caso, as máscaras de toner foram utilizadas para delimitar a área dos eletrodos a serem formados através da deposição metálica usando a técnica de sputtering. Os eletrodos planares foram integrados com os microcanais de PT através de laminação térmica e foram utilizados para detecção condutométrica sem contato[46].

A principal característica eletroforética dos dispositivos fabricados em PT é o valor reduzido do fluxo eletrosmótico (EOF)[51,57]. Para tentar contornar essa situação, o processo de impressão direta foi adaptado, em 2004, para produzir microssistemas analíticos em vidro- toner[48,58], substituindo assim o filme de poliéster por uma placa de vidro. Como o vidro não pode ser colocado diretamente na impressora laser, a camada de toner contendo a geometria dos microcanais é primeiramente impressa em uma folha de papel vegetal e, em seguida, transferida termicamente para a superfície do vidro. A presença do vidro possibilita a geração do EOF com maior magnitude[58]. Em 2006, esse processo foi também utilizado para a fabricação de dispositivos para eletroforese de fluxo contínuo[54].

Resultados preliminares com os dispositivos de vidro-toner mostraram que a porosidade da camada de toner é um fator limitante da freqüência analítica destes dispositivos. Este mesmo processo foi então usado para transferir a geometria, definida pelo toner, diretamente para a superfície do vidro através de corrosão química por via úmida. Neste caso, a camada de toner funciona como uma máscara para selecionar a área a ser corroída quando exposta à uma solução de ácido fluorídrico[48,59]. Essas máscaras de toner substituem as máscaras convencionais de metal, fotorresiste ou ainda dielétricos. As máscaras de toner apresentam uma resistência suficiente para produzir microcanais com profundidade de até 40

dispositivos em PT, a resolução da impressora laser é determinante para a definição da máscara e regularidade dos microcanais resultantes.

Em adição aos dispositivos em PT e vidro-toner, o processo de impressão direta vem sendo explorado para a produção de eletrodos planares (simples ou múltiplos) sobre a superfície de um disco compacto não regravável (CD-R)[60] e também para a produção de células eletroquímicas microfluídicas para injeção em fluxo[55,61,62]. Os CD’s são compostos de uma base de poli(carbonato), um filme metálico de Au (Ag, ou Al) e uma camada polimérica protetora[63]. Neste caso, uma imagem negativa da geometria dos eletrodos é impressa em uma folha de papel vegetal e transferida para a superfície do CD (já com a camada protetora removida, deixando a camada metálica exposta) com aquecimento e pressão. O toner depositado sobre a superfície metálica define a região dos eletrodos e o excesso de Au pode ser corroído com exposição a uma solução de iodo/iodeto. Após a corrosão, a camada de toner é removida com acetonitrila e os CDtrodos são obtidos[60-62].

Além das técnicas de impressão direta e transferência térmica, outros avanços vêm sendo alcançados nos últimos anos em trabalhos desenvolvidos nas Instituições mencionadas anteriormente. Para microfabricação, a poli(uretana) (PU) preparada a partir do óleo de mamona foi explorada recentemente para a produção de dispositivos eletroforéticos através do processo de litografia suave, ou moldagem[44,64]. Outro tipo de PU, derivada de uma resina à base de acrilato, também foi investigada como substrato fotossensível para a produção de dispositivos analíticos para injeção em fluxo com detecção espectrofotométrica[52,65].

Com o incentivo da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), algumas colaborações internacionais têm proporcionado estágios de doutorado e pós-doutorado no exterior. Através deste incentivo, um intercâmbio entre grupos brasileiros e grupos americanos com destaque na área de microfluídica foi estabelecido e, conseqüentemente,

resultando em publicações em periódicos de grande relevância internacional[66-70]. Através dessas colaborações, avanços científicos na integração de biossensores em microcanais[66], adaptação de fenômenos magnéticos a microfluídica[67] bem como o desenvolvimento de dispositivos microfluídicos em papel[69] para experimentos de telemedicina com câmeras de telefones celulares foram recentemente divulgados na literatura.

Essa colaboração internacional vem sendo bastante importante para o avanço desta linha de pesquisa no país e o aperfeiçoamento da capacitação dos recursos humanos. Devido às restrições em termos de infra-estrutura, o desenvolvimento de métodos alternativos vem sendo fundamental para o avanço nessa área no país[71]. No Brasil, há apenas um laboratório aberto a comunidade científica contendo as instalações básicas necessárias para o desenvolvimento de microssistemas analíticos usando tecnologias convencionais: o Laboratório de Microfabricação (LMF) do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) (http://www.lnls.br), localizado na cidade de Campinas (SP). Além da importância em consolidar essas colaborações internacionais, há uma preocupação com a manutenção do acesso às instalações do LNLS para que essa linha de pesquisa não fique restrita às tecnologias alternativas[71].