Medindo padrões de cera impressos na superfície do papel Whatman antes e depois do processo de difusão da cera, obtiveram-se relações entre os parâmetros que permitem prever as dimensões finais dos dispositivos. No entanto, essas expressões não fornecem informação acerca da eficácia das barreiras geradas pelas condições de difusão da Tabela 3.1.
Deste modo foi avaliada a eficácia de isolamento de padrões retangulares constituídos por barreiras em formato de linha. As dimensões nominais das linhas variam entre 100 e 700 µm, em intervalos de 100 µm. Foram produzidos 10 conjuntos destes padrões retangulares para cada série. No formato de barreiras circulares foi avaliada a eficácia de isolamento de uma matriz de 3x3 poços. O padrão utilizado neste estudo foi produzido de modo a reproduzir a disposição de poços de uma microplaca de 96 poços. Foi avaliada a capacidade de isolamento de 300 poços independentes.
Por outro lado foram também determinadas as dimensões mínimas das zonas hidrófilas delimitadas por barreiras em formato linha. Foram produzidos canais com largura nominal entre 500
e 1500 µm delimitados por barreiras com largura nominal de 400 µm, submetidas a uma temperatura de 140 ᵒC durante 60 s. Para cada largura de canal foram avaliados 10 canais.
Para determinar o menor tamanho de poço funcional permitido pelo método de impressão a cera foram fabricadas barreiras circulares com diâmetros nominais entre 1 e 3,5 mm. As barreiras usadas neste estudo foram submetidas a uma temperatura de 140 ᵒC durante 60 s.
4.3.3.1 Barreira hidrofóbicas
Na Figura 4.31 podem observar-se dois canais delimitados por barreiras de largura nominal de 400 µm, nos quais foram depositados 2 µL de uma solução aquosa de amaranto. No primeiro canal o corante foi depositado no papel antes do processo de difusão. Verifica-se que as barreiras não foram capazes de reter a solução. Nas secções de corte deste canal verificamos que as linhas de cera estão apenas na superfície do papel permitindo que a solução se desloque nas zonas em que não existe cera. O segundo padrão apresentado foi colocado na placa de aquecimento, a uma temperatura de 140 ᵒC durante 60 s. Verificamos que este canal foi capaz de reter a solução dentro do espaço definido pelas barreiras de cera. Analisando as secções de corte confirma-se que a cera foi difundida em toda a espessura do papel, criando uma barreira impermeável.
Figura 4.31 -Imagens e secções de corte de canais delimitados por linhas e barreiras hidrofóbicas.
Na Figura 4.32 estão representados os resultados obtidos na determinação da resolução funcional de barreiras em formato linha. Analisando a representação gráfica dos resultados verifica- se que a eficácia de isolamento das barreiras aumenta com o aumento da temperatura e tempo de aquecimento. Este resultado era esperado uma vez que se concluiu que a difusão da cera é diretamente proporcional a estes dois parâmetros (equação 1.1). Observa-se também que as linhas de menor largura nominal (100 e 200 µm) não originam barreiras hidrofóbicas funcionais para nenhuma das temperaturas e tempos de aquecimento estudados. A quantidade de cera depositada nestas linhas não é suficiente para gerar uma barreira hidrofóbica em toda a espessura do papel. Os dados mostram também que as temperaturas de 80 e 100 ᵒC são insuficientes para criar barreiras hidrofóbicas isolantes para todas as larguras nominais de linha analisadas. Estes dois valores de temperatura não são suficientes para baixar a viscosidade da cera de tal modo que esta se difunda
A) B)
Figura 4.32 - Eficácia de isolamento das barreiras em forma de linha em função da sua largura nominal.
Na Figura 4.33 estão representados os resultados obtidos na avaliação da eficácia de isolamento de barreiras circulares.
Analisando o gráfico conclui-se que apenas se obteve uma percentagem de 100% de barreiras eficazes para temperaturas maiores que 120 ᵒC. Como foi referido anteriormente, temperaturas abaixo desse valor não permitem a difusão vertical da cera em toda a espessura da folha.
4.3.3.2 Zonas hidrófilas
Define-se um canal hidrófilo como a zona compreendida entre duas barreiras de cera isolantes. Devido à difusão lateral da cera, o recozimento dos dispositivos pode provocar o estrangulamento de canais necessários para a condução de soluções.
De acordo com os resultados obtidos no estudo da difusão da cera, uma linha de 400 µm origina uma barreira de 1150 µm quando submetida às condições de aquecimento utilizadas, o que corresponde a uma difusão de cerca de 750 µm. Uma vez que o canal é delimitado por duas barreiras, pelos modelos de difusão da cera sofrerá uma diminuição de 750 µm. Deste modo, é esperado que canais com dimensão nominal menor que 750 µm não sejam funcionais.
Na Figura 4.34 apresentam-se os resultados obtidos.
Figura 4.34 - Ilustração dos resultados do estudo de avaliação das dimensões nominais do menor canal hidrófilo funcional.
Os restantes resultados obtidos são consistentes com o padrão apresentado na figura, ou seja, verificou-se que todos os canais com dimensões nominais abaixo de 1000 µm não são funcionais após o processo de reaquecimento e que, para dimensões nominais maiores que esse valor todos os canais são funcionais. Como foi referido, devido à difusão lateral da cera, esperava-se uma diminuição da largura do canal na ordem dos 750 µm. Os resultados obtidos corroboram as previsões do modelo de difusão visto que nenhum canal com dimensão nominal menor ou igual esse valor se revelou funcional. Por outro lado, considerando que apenas se obtiveram canais funcionais com largura maior que 1000 µm, pode também concluir-se que canais com largura final (depois de aquecimento) inferior a 250 µm (1000 - 750) não são funcionais.
Do mesmo modo, determinaram-se também as dimensões nominais correspondentes ao menor poço hidrófilo funcional. Alguns resultados estão representados na Figura 4.35.
Figura 4.35 - Ilustração dos resultados do estudo de avaliação das dimensões nominais do menor poço hidrófilo funcional.
À semelhança dos resultados obtidos para o canal hidrófilo, este estudo apresentou resultados conclusivos e consistentes. Todos os poços com dimensão nominal menor que 1,5 mm não produziram barreiras circulares eficazes, e todos aqueles com dimensão nominal maior que esse valor originaram barreiras funcionais.
A difusão lateral representa também uma limitação no que diz respeito à resolução funcional do método de impressão a cera. Neste caso específico, limita a produção de microplacas ao formato de 384 poços, uma vez que não é possível garantir poços hidrófilos funcionais para formatos com densidades de poço maiores.