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USINAGEM A LASER EM MATERIAIS POLIMÉRICOS PARA
PRODUÇÃO DE BIOCHIPS
Fabricio A. Gans, Tatiana M. Kobeling, *Leonardo Schneider, Daniel Hioki, *Cyro K Saul
Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR
Campus Curitiba – Curitiba – PR
*Universidade Federal do Paraná – UFPR
Departamento de Física, Centro Politécnico – Curitiba – PR
fabricio_gans@hotmail.com, tati_mkobeling@hotmail.com, hioki@utfpr.edu.br, cyro@fisica.ufpr.br,
lbs03@fisica.ufpr.br
Resumo - É apresentado aqui um estudo a respeito da usinagem de um material polimérico a fim de se obter
condições aceitáveis para a produção de um biochip. Dentre inúmeros polímeros, foram escolhidos aqueles que
atendessem a alguns critérios, chegando-se a três candidatos: poliestireno, policarbonato, polimetil-metacrilato
(Acrílico). A usinagem destes materiais foi realizada na máquina a laser L-Solution 30W da Gravograph. Após os
testes com esses materiais verificou-se que o Policarbonato é o material mais adequado para a produção do Biochip,
uma vez que os resultados provaram a possibilidade da utilização desse material nas dimensões necessárias para a
produção de microcanais.
Palavras-chave - Usinagem, Laser, Biochip, Polímero.
Abstract - This paper contains a study about polymeric components machining, to obtain possible conditions to
produce a Biochip. Among a lot of polymers were selected those who follow some standards, three components
were chosen: Polystyrene, Polycarbonate, Polymetil methacrylate (Acrylic). The materials machining was performed
in Gravograph`s L-Solution 30W Laser device. After the tests with these materials was verified which Policarbonate
is the most adequate to produce a Biochip, the results proved the possibility of the use of this material in the
necessary dimensions to produce a microchannel.
Key-Words - Machining, Laser, Biochip, Polymer.
INTRODUÇÃO
Nos últimos anos a usinagem a laser tem assumido papel importante dentro de algumas
áreas, destacando-se na área da Medicina[3]. A produção de biochips descartáveis é um exemplo
disso. Os chamados Biochips representam um grande avanço tecnológico dentro da área da
saúde, pois abrem a possibilidade de diagnósticos mais rápidos e, conseqüentemente, permitem
aos órgãos de saúde tomarem medidas para prevenção e propagação de doenças. Vale ainda
lembrar que tais dispositivos permitem a realização de testes em locais onde os recursos
laboratoriais são escassos a um custo muito reduzido. O paciente poderá simplesmente ir ao
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consultório médico e através da utilização do Biochip já sair com o resultado na hora, evitando a
demora dos resultados laboratoriais[3]. Outro potencial inerente ao Biochip é a descentralização
do diagnóstico em períodos críticos de pandemia como verificado no caso da Influenza-A
(H1N1).
Técnicas. O biochip emprega várias técnicas aliadas: microfluídica, plasmônica e
fluorescência.[1]
Usinagem. Visando a produção dos Biochips necessita-se de um equipamento capaz de produzir
microcanais de tal forma que a microfluídica seja viável. Para o estudo foi utilizada a técnica de
ablação realizada na máquina a laser de CO2a gás, L-Solution 30W da Gravograph, com
comprimento de onda de 10 micrometros.
Biochip. O biochip será composto de cadeias de microcanais onde fluidos biológicos irão escoar.
Ao longo dos canais existirão espécies de poços e nesses poços, nanopartículas de anticorpos
estarão depositadas. Assim, através da reação entre as nanoparticulas e o fluido biológico, será
possível determinar se existe ou não a presença de determinadas doenças no paciente[3].
METODOLOGIA
Dentre os inúmeros polímeros que foram estudados os que foram escolhidos deveriam
atender a alguns fatores: não poderiam conter em sua composição cloro(Cl) ou flúor(F), devido
às restrições da máquina, e deveriam ser transparentes. Obedecendo a esses critérios chegou-se a
três candidatos: poliestireno, policarbonato e polimetil - metacrilato (Acrílico).
Foram preparadas três amostras de cada material. Realizou-se o corte das peças com
dimensão de 30X50 milimetros. Cada uma passou pelo processo de lixamento metalográfico das
duas faces menores, feito em 4 lixas, com granulometrias 220, 320, 400 e 600. Após esta etapa,
foi feito um polimento na politriz metalográfica, utilizando-se como abrasivo, alumina de 1
micrometro.
O planejamento experimental adotado foi o método “fatorial fracionado” (tab.1), que
consiste em uma otimização de um processo “fatorial completo”.
Tab.1- Valores gerados pelo programa Statistica para um fatorial fracionado.
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A usinagem dos canais das amostras foi realizada na máquina a laser de CO2 L-Solution
30W da Gravograph, onde via PC, são controladas a velocidade e potência fornecidas.
Fig.1- Ablação alaser nas amostras..
Para cada combinação dos parâmetros de entrada foram executados 5 canais, deixando-se
5mm de distância entre eles (fig.1) para que a zona termicamente afetada de um não afetasse o
outro. Realizou-se ainda uma repetição para cada combinação, totalizando-se 18 amostras.
RESULTADOS E CONCLUSÕES
Empregando um microscópio óptico, foram feitas fotos de três canais de cada amostra
(fig.2) e encaminhadas para medição e análise.
Fig.2 – Canais analisados.
Os canais se mostraram bem distintos quando havia variação de material (fig.3).
(a) (b) (c)
Fig.3- Policarbonato(a), Polimetil metacrilato(b), Poliestireno(c).
A análise procedeu da seguinte maneira: 7 parâmetros de saída (fig.4) foram medidos e os
valores obtidos foram a média das aritmética dos 3 canais.
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Fig.4- Parâmetros de saída.
Fez-se uma tabela com todas as medidas foi utilizado o programa Statistica para analisar
os efeitos dos parâmetros de entrada sobre os parâmetros de saída. Contudo, os resultados
mostraram-se inconsistentes e decidiu-se então fazer um novo planejamento experimental,
retirando-se o material como um parâmetro de entrada.
Determinou-se então a utilização somente de amostras de Policarbonato[2] e decidiu-se
que seriam feitas as medições dos cinco canais e 2 parâmetros de saída: largura do canal e
profundidade do canal.
Os mesmos procedimentos foram utilizados e o experimento foi refeito. Após a nova
análise dos dados foi possível encontrar a maior e menor dispersão: 48,23 micrometros e 6,89
micrometros, respectivamente.
Com essas dispersões é possível o processo de produção de microcanais e funcionamento
do biochip, uma vez que outras técnicas como utilização de filtros e barragens podem ser aliadas
ao processo. As observações no fundo dos canais indicam variação na profundidade, concluindo-
se que o processo de ablação não é constante, corroborando com os valores de dispersão
encontrados.
REFERÊNCIAS
[1] E. Entcheva and H. Bien, “Acoustic micromachining of three-dimensional surfaces for
biological applications”, Lab Chip, 2005, 5, 179-183.
[2] H. Qi, T. Chen, L. Yao and T. Zuo, “Micromachining of microchannel on the polycarbonate
substrate withCO2 laser direct-writing ablation”, Optics and Lasers in Engineering 47 (2009)
594–598.
[3] SITE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. Biochip descartável fará exames clínicos no
consultório médico. 25/09/2008. Online. Disponível em www.inovacaotecnologica
.com.br/noticias/artigo=biochip-descartavel-fara-exames-clinicos-no-consultorio-medico
.Capturado em 20/08/09.
[4] C. H. Green and J. White, “Developing Design Tools for Biological and Biomedical
Applications of Micro – and Nano-technology”, Biochips and Bipoinformatics,2005, 196-200.
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