Dispositivos Microfluídicos e seu uso

Pesquisadores da UNICAMP e da UFSCar desenvolveram um processo que permite tornar a seleção das condições ideais de cultivo celular microbiano uma atividade mais fácil e prática, de forma a melhorar o desempenho das etapas iniciais de bioprocessos. O invento Dispositivos Microfluídicos e seu uso, criação de Aline Furtado de Oliveira, Reinaldo Gaspar Bastos e Lucimara Gaziola de La Torre, consiste em utilizar um sistema em escala microfluídica, ou seja, em escala micrométrica, para simular as diversas condições de crescimento de micro-organismos.

De maneira geral, os microrganismos produzem devido ao seu metabolismo determinadas moléculas que podem ter um alto valor agregado em processos industriais, mas que dependem da quantidade adequada de substrato disponibilizado, geralmente açúcares. No entanto, um dos aspectos mais complicados quando se trabalha na área é selecionar a concentração certa do substrato, visto que, se a quantidade for alta ou baixa demais, o organismo pode não produzir a molécula com o rendimento desejado. O dispositivo desenvolvido surge como uma forma de avaliar, dentre outros aspectos, qual a concentração adequada de substrato que um microrganismo precisa, de forma a implementar sua produtividade, fornecendo um ambiente promissor para o crescimento das células.

Reinaldo Bastos, docente do Departamento de Tecnologia Agroindustrial e Sócio economia Rural (DTAiSER) do campus de Araras da UFSCar explica que nos testes convencionais esta avaliação é realizada a partir de diversos ensaios diferentes, no qual se insere uma concentração específica de substrato em cada frasco e então avalia qual deles teve o melhor resultado para a meta desejada, o que dificulta e torna essas análises demoradas. “São ensaios mais trabalhosos, que levam mais tempo e podem levar ao gasto de recursos financeiros, uma vez que geralmente o substrato principal apresenta um custo elevado. Com o dispositivo desenvolvido você conseguiria fazer os mesmos ensaios utilizando um pequeno volume de amostra em intervalos menores de tempo”, alega o pesquisador.

Nesse sentido, o diferencial da tecnologia é que ela permite observar em um único teste níveis diferentes do substrato, por meio da geração de um gradiente de concentração difusivo, que é a ocorrência, a baixa velocidade, de uma variação na concentração do substrato. Para que isso ocorra, foi construído um dispositivo em dois níveis. No primeiro, composto por um canal com duas entradas e uma saída, geralmente em formato de Y, são inseridas duas soluções com concentrações diferentes, sendo uma delas o substrato. Essas soluções escoam a uma baixa velocidade e em paralelo ao longo do canal principal, que contata o nível inferior por meio de três pares de portas de acesso posicionados paralelamente nas extremidades do canal.

É no nível inferior, composto por três câmaras com as extremidades ajustadas aos orifícios, que irá ocorrer o gradiente de concentração difusivo, gerado pelas diferentes concentrações do nível superior e o crescimento microbiano. Assim, a concentração do substrato vai variando conforme escoa, permitindo que o pesquisador avalie o crescimento dos microrganismos em cada um desses pontos, com o uso de sensores que medem o consumo do substrato.

A ideia de desenvolver os dispositivos surgiu a partir da dissertação de mestrado da ex-aluna da UFSCar Aline de Oliveira, realizada na Unicamp sob orientação da Professora Lucimara de La Torre, especialista em microfluídica, e Reinaldo Bastos, especialista em microbiologia industrial. O objetivo era empregar a microfluídica, ferramenta amplamente utilizada em outras áreas, na otimização de processos biotecnológicos, visto que essa ciência permite avaliações de células em situações reais. “Esses sistemas microfluídicos são utilizados normalmente para outras atividades. A inovação é a sua aplicação em biotecnologia. A velocidade é muito baixa, então, há um controle preciso da vazão, tudo em uma escala muito pequena. As pessoas sempre imaginam processos industriais em uma escala muito grande, mas essa etapa de seleção de condições poderiam ser realizadas em dispositivos bem pequenos”, esclarece Reinaldo.

O processo de desenvolvimento do produto ocorreu em cerca de dois anos. Em um primeiro momento foi feito o estudo da melhor geometria para induzir a formação do gradiente difusivo. Depois, a composição dos dispositivos foi adequada de maneira a obter um sistema que, além de permitir a obtenção de dados cinéticos em um único dispositivo, apresenta como diferencial os materiais utilizados, no caso o vidro-vidro, o vidro-PDMS (polidimetilsiloxano) e o vidro-mPDMS (polidimetilsiloxano modificado), que são reutilizáveis e apresentam fácil montagem, uso de conexões e métodos de vedação eficazes e simples e que não afetam as células microbianas por magnetismo.

Como prova de conceito, foram obtidos dados do crescimento de leveduras frente a diferentes concentrações de glicose no dispositivo vidro-vidro, mas há a necessidade de se realizar testes com outros tipos de microrganismos, além de outros modelos de dispositivos e materiais. No futuro, o objetivo é desenvolver sistemas microfluídicos para a determinação de parâmetros cinéticos de microrganismos microencapsulados, bem como a validação dos dispositivos da patente em outras culturas de células microbianas, visando a obtenção dos mais diversos produtos.