Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade Gama, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-01-06T15:11:22Z No. of bitstreams: 1 2015_MarceloGiovaneAlves.pdf: 3569094 bytes, checksum: 1b6b267b68b25e4f73ca3a3de5dfc747 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-05-26T16:53:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_MarceloGiovaneAlves.pdf: 3569094 bytes, checksum: 1b6b267b68b25e4f73ca3a3de5dfc747 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-26T16:53:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_MarceloGiovaneAlves.pdf: 3569094 bytes, checksum: 1b6b267b68b25e4f73ca3a3de5dfc747 (MD5) / INTRODUÇÃO. A exposição a campos magneto-estáticos possui efeitos comprovados na função dos canais iônicos celulares. Pode alterar sua cinética por rotação dos fosfolipídios da membrana e consequente deformação das estruturas dos canais associados. Ou ativar canais dependentes de tensão por alterações no gradiente elétrico celular. Também foram relatados efeitos citoprotetores na quimioterapia com cisplatina e mudanças nos arranjos moleculares da água em estado líquido (domínios coerentes ou zonas de exclusão): estes rearranjos alteram várias propriedades macroscópicas (e.g., índice de refração, viscosidade, taxa de evaporação, solubilidade de gases, absorção do espectro IV, pH). Ou ainda, efeitos nos mecanismos de relaxação da energia vibracional das moléculas de água e do spin dos prótons. Estes efeitos fazem com que o tratamento magnético da água (WMT) seja usado industrialmente com sucesso comprovado em tratamento anti-incrustações em tubulações e com sucesso não tão comprovado em terapias clínicas alternativas. Porém não há padronização ou dimensionamento no WMT que favoreça a execução e reprodutibilidade de estudos. OBJETIVOS. Em função de uma lacuna de conhecimento na compreensão do princípio ativo que possibilite o desencadear os efeitos relatados, vislumbra-se a possibilidade de contribuir com a caracterização da componente magnética de forma a disponibilizar um arranjo de ímãs permanentes que possibilite a uniformização da indução magnética em 100% do volume da amostra. Permitindo-se que esta componente não mais influencie as demais variáveis de controle de forma desconhecida em sua forma de distribuição espacial e variações de intensidade. METODOLOGIA. Inicialmente, buscaram-se experimentos de WMT publicados em grau suficiente de detalhes que permitissem sua replicação por simulação, e também por layouts de arranjos magneto-estáticos de alta efetividade (Halbach e Aubert). Os cilindros Halbach (Hc) e Aubert (Au) foram aproximados a 95% do ideal teórico por anéis discretizados compostos por 16 Ímãs comerciais e foram simulados cilindros de 4, 6, 8, 12 e 16 anéis concêntricos. Os experimentos publicados e arranjos magnéticos foram simulados no software Maxwell (versão 12, ANSYS), quatro vezes cada um para atestar a convergência dos dados obtidos. Resultados são apresentados em ilustrações da indução magnética (B) nos planos XY, XZ, YZ, e valores numéricos nas linhas de corte transversal e longitudinal. RESULTADOS. B possui menor dispersão na amostra de água à medida que o cilindro aumenta (56,7% e 0,4%, respectivamente para Au-16 e Hc-16 anéis), o maior valor dos arranjos Aubert é devido à inversão de polaridade do campo presente. Além de maior dispersão longitudinal, arranjos Aubert possuem dispersão transversal, com B disposta em faixas de valores; o que não acontece com cilindros Halbach. Em compensação, cilindros Aubert mostram valores máximos (em módulo) de B progressivamente mais altos (Au-4: 159 mT, Hc-4: 193 mT; Au-6: 203 mT, Hc-6: 21 6mT; Au-8: 234 mT, Hc-8: 225 mT; Au-12: 249 mT, Hc-12: 232 mT; Au-16: 258 mT, Hc-16: 233 mT). Os dois experimentos reproduzidos a partir da literatura científica apresentaram valores bem mais fracos de B (máximos de 4,4 mT e 16 mT, respectivamente). Por último, construiu-se um protótipo em plástico ABS e ímãs de neodímio do cilindro Halbach de 8 anéis. CONCLUSÕES. Este trabalho permite concluir que para uma irradiação homogênea e constante de uma amostra de água deve-se optar por um magnetizador em cilindro Halbach. Cilindros Aubert, contudo, devem ser preferidos caso seja possível manter o volume de líquido a ser irradiado limitado a uma das faixas transversais de B. Desta forma, é possível testar diferentes valores de B para um mesmo cilindro construído. Trabalhos futuros incluem o estudo de magnetização estática e dinâmica de amostras de águas em diferentes aplicações. _______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / INTRODUCTION. Exposure to static magnetic fields has effects on cellular ion channel function. This may be due to membrane phospholipids rotation and, therefore, deformation of channel structures. Or else, by activation of voltage-dependent channels due to changes in cell electric gradient. Cito-protective effects in cisplatin chemotherapy and changes in liquid water molecules arrangements were also reported (coherent domains or exclusion zones), with shifts in several macroscopic properties (e.g, refraction index, viscosity, evaporation ratio, gas solubility, IV-spectrum absorption, pH). Also, there were changes in relaxation mechanisms of water molecules vibrational energy and proton spin. Altogether, these results are responsible for the successful use of water magnetic treatment (WMT) in anti-scale facilities and the not-so-successful use in alternative therapies. However, there are no standards or dimensioning in WMT which favours studies execution and reproducibility. AIMS. Due to a knowledge gap in understanding the active ingredient that enables the trigger the reported effects, envisions the possibility of contributing to the characterization of magnetic component in order to provide a permanent magnet arrangement that enables the standardization of magnetic induction 100% of the sample volume. Allowing that this component no longer influence other unknown form of control variables in form of spatial distribution and intensity variations. METHODS. Firstly, scientific literature were reviewed in search for replicable experiments and static magnet layouts of high effectivity (Halbach e Aubert). Halbach (Hc) and Aubert (Au) cylinders were approximated to 95% of the ideal limit by discretized rings composed of 16 commercially available magnets. Cylinders of 4, 6, 8, 12 and 16 concentric rings were simulated. Selected publicized experiments and all cylinder layouts were simulated in Maxwell software (version 12, ANSYS), four times each to assess for output data convergence. Results are shown in magnetic induction (B) illustrations of XY, XZ and YZ plans, as well as numeric values in longitudinal and transversal cut lines. RESULTS. As cylinder length increased, B showed lesser dispersion in water sample (56,7% and 0,4%, Au-16 e Hc-16 rings respectively), the higher Aubert layout values due to polarity inversion of the magnetic field. Besides higher longitudinal dispersion, Aubert layouts showed transversal dispersion, with B depicted in layers; which was not seen in Halbach cylinders. On the other hand, Aubert cylinders had increasingly higher (modulus) maximum values (Au-4: 159 mT, Hc-4: 193 mT; Au-6: 203 mT, Hc-6: 216 mT; Au-8: 234 mT, Hc-8: 22 5mT; Au-12: 249 mT, Hc-12: 232 mT; Au-16: 258 mT, Hc-16: 233 mT).The two selected experiments drawn from scientific literature showed considerably lower B values (top values: 4,4mT and 16mT, respectively). We also designed an 8-ring Halbach cylinder prototype in ABS plastic with neodymium magnets. CONCLUSIONS. In summary, this work shows that a Halbach cylinder layout is better suited for a stable and homogeneous irradiation of a water sample. However, Aubert cylinders may be favoured whether the required liquid sample can be confined in one of the available B layers. In such cases it is possible to evaluate several B values with the same cylinder. Future work includes static and dynamic magnetization of water sample in several distinct applications.