Loading...
Publication
Dinâmica de fluidos em microcanais aplicada a dispositivos biomédicos de diagnóstico
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 2.51 MB | Adobe PDF |
Authors
Abstract(s)
A criação de dispositivos de monitorização de parâmetros fisiológicos, numa filosofia
point of care (detecção no local), tem sofrido franca expansão nas últimas décadas. A
detecção de moléculas biomarcadoras, em fluidos biológicos (saliva, urina, sangue) pelo
próprio clínico e/ou utente, na monitorização de estados de saúde, tem-se mostrado ser de
extrema relevância na prevenção de situações de emergência, que de outro modo poderiam
causar danos irreversíveis. Esta dissertação pretende, através do estudo do escoamento
sanguíneo, conceber uma arquitetura de microcanais de distribuição de fluidos biológicos
(mais concretamente de um fluido não Newtoniano, o sangue) a utilizar em dispositivos de
aplicação clínica ou médica. A investigação realizada compreendeu duas vertentes,
designadamente, a primeira vertente, que consistiu na criação da arquitetura de um dispositivo
de microcanais e realização de estudos de simulação virtual de escoamento no modelo
desenhado; e uma segunda vertente que consistiu na materialização de um protótipo a partir
de um modelo 3D, usado posteriormente na realização de testes experimentais de validação,
de modo a identificar possíveis anomalias e efeitos inesperados.
O processo de construção e de execução dos ensaios de simulação na arquitetura de
microcanais desenvolvida, teve por base as tecnologias BioMEMS (Biomedical
microelectromechanical systems) e Lab-on-a-Chip, de modo a que a rede de microcanais
desenvolvida apresentasse uma divisão igualitária de caudal, para um total de oito câmaras
finais de reação, num circuito fechado. Posteriormente, a rede de microcanais arquitetada foi
estudada virtualmente através da utilização do software ANSYS (Simulation Driven Product
Development) e reequilibrada num processo iterativo, ou seja, depois de cada teste e análise
de dados, são levadas a cabo várias remodelações geométricas, que se submetem
posteriormente a nova simulação. Uma vez concluído o processo iterativo e otimizadas a
geometria da arquitetura de microcanais, com análise dos diferentes parâmetros sob teste
(caudal mássico, escoamento e velocidades de fluxo, entre outros), passou-se à materialização
de um protótipo, através de um processo de fabrico de prototipagem rápida, com posterior
realização de testes experimentais, que envolveram a determinação de velocidades de fluxo,
distribuição de caudais, efeitos de vácuo e volume de amostra. Em termos de simulação, verificou-se que a divisão do caudal é feita de forma equitativa
levando a concluir que conseguimos preencher as câmaras de reação com quantidades
idênticas e suficientes para a reação.
Experimentalmente, pudemos concluir que a divisão equitativa de caudal e distribuição
igualitária, se verificam, tal como previsto na simulação computacional. Funcionalmente, será
ainda pertinente avaliar no futuro, condições de fronteira e fenómenos de adesão e tensão
junto às superfícies/paredes do dispositivo. No que concerne à filtração, enquanto forma de
separação do plasma, foram analisadas duas soluções, nomeadamente, a inclusão de
membranas porosas de filtração e a adição de geometria ao modelo 3D base, sob a forma de
pinos, que propiciasse a retenção das células. Foi observado que a arquitetura com pinos
facilitava o escoamento, ou seja, a velocidade foi superior relativamente à utilização de
membranas porosas de filtração, que podem causar entupimento devido à baixa velocidade de
escoamento observada junto dos poros.
O modelo de microfluida proposto, embora apresente já uma boa geometria 3D, pode
ainda ser melhorado, no que diz respeito a aspectos da pressão a exercer para a alcançar uma
boa mistura sangue-soro, bem como, os efeitos de vácuo e escape de ar aprisionado no
módulo.
Description
Keywords
Microfluidica BioMEMS Lab-on-a-chip Microdispositivos