Projeto e desenvolvimento de microfermentadores monitorados por sensor de fibra óptica

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Soares, Marco César Prado, 1992-
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1638522
Resumo: Orientadores: Éric Fujiwara, Lucimara Gaziola de la Torre
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spelling Projeto e desenvolvimento de microfermentadores monitorados por sensor de fibra ópticaDesign and development of microfermentors monitored by optical fiber sensorRefletânciaDetectores de fibra óticaLuz - EspalhamentoOptical fiber detectorsLight - ScatteringReflectanceOrientadores: Éric Fujiwara, Lucimara Gaziola de la TorreDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: O projeto de dois microfermentadores de perfusão que utilizam membranas com poros de 470 nm e são instrumentados com um sensor de fibra óptica baseado em refletância e espalhamento de luz é apresentado. O projeto é modularizado, com componentes optoeletrônicos fisicamente separados da região de detecção, e sistema fabricado apenas com dispositivos de telecomunicações comerciais (laser 1310 nm, fibras ópticas monomodo, acoplador 2x1 e fotodetector). Quando a luz atinge a interface entre a fibra e o caldo fermentativo, parte dela é refratada e transmitida, e parte é refletida novamente e redirecionada pelo acoplador ao fotodetector. Devido à presença de partículas com diâmetros comparáveis em ordem de grandeza ao comprimento de onda do laser, o fenômeno de espalhamento quase-elástico da luz é observado, e aumenta a dispersão dos dados coletados. Por meio de estatísticas de autocorrelação da intensidade refletida, é possível, então, avaliar a concentração instantânea de células. As fibras são alocadas no interior de microcâmaras por meio de duas estratégias diferentes: inserção por tampa de vidro furada, em dispositivo fabricado a partir da ablação a laser de PDMS laminado; e inserção lateral em dispositivo fabricado pela cura de PDMS sobre moldes obtidos por manufatura aditiva. Embora o segundo caso resulte em menores desvios dimensionais e em maiores pressões suportadas, ocorre um aumento significativo das dificuldades de fabricação e operação, de modo que o primeiro caso é preferível. O uso do primeiro reator de perfusão com sete concentrações diferentes de substrato (2,5 a 30 g/L de sacarose) resultou nos parâmetros cinéticos de Monod KM = 4,1 g/L e ?m = 0,49 h-1, valores que estão concordância tanto com a literatura quanto com o teste de controle tradicional (realizado em paralelo), sendo a presença do crescimento celular no interior dos microdispositivos comprovada por observação ao microscópio óptico. O microfermentador instrumentado consiste, portanto, em um sistema adequado à rápida obtenção de parâmetros cinéticos de crescimento celularAbstract: The design of two perfusion microfermentors which use membranes with pores of 470 nm and are instrumented with an optical fiber sensor based on reflectance and light scattering is presented. The design is modularized, with optoelectronic components physically separated from the detection region, and system fabricated only with commercial telecommunication devices (1310 nm laser, single-mode optical fibers, 2x1 coupler and photodetector). When light reaches the interface between the fiber and the fermentation broth, part of it is refracted and transmitted, and part is reflected back and redirected by the coupler to the photodetector. Due to the presence of particles with diameters comparable in order of magnitude to the laser wavelength, the phenomenon of the quasi-elastic light scattering is observed, and enhances the dispersion of the collected data. Through autocorrelation statistics of the reflected intensity, it is possible, then, to evaluate the instant concentration of cells. The fibers are allocated into the microchambers by two different strategies: insertion through a glass cover with holes, in a device fabricated by laser ablation of laminated PDMS; and lateral insertion into a device fabricated by the cure of PDMS on molds obtained by additive manufacture. Despite the fact that the second case results in lower dimensional deviations and in higher pressure supported, a significant increase on the fabrication and operation difficulties occurs, so the first case is preferable. The use of the first perfusion reactor with seven different substrate concentrations (2,5 to 30 g/L of sucrose) resulted in the Monod kinetic parameters KM = 4,1 g/L e ?m = 0,49 h-1, values that are in agreement with both the literature and the traditional control test (performed in parallel), with the presence of cellular growth inside the microdevices proven by optical microscope observation. The instrumented microfermentor consists, therefore, in a system adequate for the fast obtention of the cellular growth kinetic parametersMestradoMecatrônicaMestre em Engenharia MecânicaFAPESP2017/20445-8[s.n.]Fujiwara, Eric, 1985-Torre, Lucimara Gaziola de la, 1971-D'Avila, Marcos AkiraCordeiro, Cristiano Monteiro de BarrosUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASSoares, Marco César Prado, 1992-20202020-02-18T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (130 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1638522SOARES, Marco César Prado. Projeto e desenvolvimento de microfermentadores monitorados por sensor de fibra óptica. 2020. 1 recurso online (130 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1638522. Acesso em: 15 mai. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1127204Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-09-25T14:18:29Zoai::1127204Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2020-09-25T14:18:29Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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