Dinâmica de fluidos em microcanais aplicada a dispositivos biomédicos de diagnóstico

• Autor(a) principal: Santos, Ricardo José Correia dos
• Data de Publicação: 2014
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.8/2583
• topic: Microfluidica; BioMEMS; Lab-on-a-chip; Microdispositivos; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Mecânica

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.