Documento confidencial. Não pode ser disponibilizado para consulta / Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Delft University of Technology. 2010

Magíster en Ciencias, mención Física / En esta tesis se diseñó e implementó una metodología experimental a escala microfluídica, enfocada al estudio de la difusión en redes cuasi-bidimensionales aleatorias de microcanales. Para ello, se adaptó la técnica de la recuperación de la fluorescencia después del fotoblanqueo (FRAP) con el objetivo de determinar el coeficiente de difusión efectivo adimensional $D/D_0$ de la fluoresceína en una solución acuosa dentro de estas redes; donde $D_0$ es el coeficiente de difusión molecular de esta especie. Se estudió el comportamiento de $D/D_0$ en función de dos parámetros adimensionales que describen las cualidades geométricas de estas redes: la homogeneidad $\gamma=R/\langle L \rangle$ y el aspecto reticular $\eta=\langle L \rangle/w$, donde $\langle L \rangle$ y $w$ son la longitud media y el ancho de los canales, y $R$ es el radio de la zona en que la difusión es medida. El parámetro $\gamma$ describe los efectos de los detalles geométricos sobre la difusión y $\eta$ cuantifica el volumen accesible al fluido. Adicionalmente, en estas geometrías estudiamos la respuesta de $D/D_0$ frente la acción de un flujo periódico de amplitud $x$ y promedio nulo. Determinamos un parámetro crítico $\gamma_c\sim2.7$ a partir del cual la red puede ser descrita como un medio efectivo. En esta escala, encontramos que $D/D_0\sim 0.7$ para un valor fijo de $\eta=3.64$. Además, medimos el efecto del aspecto reticular $\eta$ sobre la difusión; en este caso $D/D_0$ disminuye cuando $\eta$ aumenta, llegando rápidamente a un nivel de saturación $D/D_0\sim0.4-0.5$ para $\eta>2.5$. Por otro lado, para $\gamma=0.6$, lo que llamamos la micro-escala, se encontró que existe una dependencia del número de conexiones existentes en un nodo de la red sobre $D/D_0$. En el caso de la acción del flujo externo, observamos un importante incremento de $D/D^*$ en términos de la amplitud adimensional de oscilación de este flujo $x/\langle L \rangle$, siendo $D^*$ el coeficiente efectivo de difusión en ausencia de flujo. En la primera parte de esta tesis establecemos la base teórica correspondiente del proceso de difusión, incluyendo una descripción para medios no homogéneos. También discutimos los aspectos relevantes del FRAP, que es la metodología experimental que usamos en este trabajo. Más adelante, describimos los métodos experimentales desarrollados, donde reseñamos, entre otros detalles, la forma de obtener geometrías reticulares desordenadas mediante los mosaicos de Voronoi y el procedimiento de construcción de los microcanales que reproducen estas geometrías. Luego, mostramos en detalle los resultados experimentales, entre ellos, los ya mencionados. Finalmente incluimos las conclusiones del presente trabajo, presentando además las sugerencias para futuras investigaciones en este tema.

Esta dissertação teve como objetivo o desenvolvimento de um dispositivo microfluídico para a determinação de nutrientes em solo. A motivação para o desenvolvimento de uma plataforma microfluídica dedicada à agricultura vem do crescimento populacional, que chegará em 2030 a 8,5 bilhões de pessoas, ante 7,3 bilhões atuais. Com um crescimento tão expressivo da população mundial o fornecimento de alimentos torna-se vital. A agricultura desempenha um papel notável no fornecimento de alimentos e na economia brasileira. O monitoramento de nutrientes no solo para uma boa produção é indispensável. O desenvolvimento de dispositivos microfluídicos vêm tomando destaque na área industrial, alimentar, ambiental e criminal, devido a sua portabilidade, baixo peso, custo de fabricação e consumo de reagentes. Com uma aplicação de amostra de 50 µL no centro do dispositivo microfluídico, o líquido percola o interior do dispositivo por capilaridade até as zonas reacionais, onde estão depositados pequenos volumes de reagente. Após a amostra reagir na zona reacional, uma alteração visual da cor é observada e esta pode ser utilizada para quantificar a espécie de interesse. Dentre os extratores utilizados, a água não é um bom extrator para os analitos aqui trabalhados. A curva analítica de borato e cobalto apresentaram resultados promissores tanto em solução aquosa quanto em ácido cítrico 2%. O emprego de solução de ácido cítrico 2% para construção da curva analítica e extração de ferro e cobre do solo é um reagente eficiente se comparado a água e citrato neutro de amônio. Para o fosfato, o emprego de soluções de água ou citrato neutro de amônio podem ser empregados. A construção de testes para quantificação de nitrito, nitrato e zinco apresentaram problemas de reprodutibilidade. As reações colorimétricas apresentaram resultados promissores para aplicação em dispositivos microfluídicos a base papel. A associação entre reações colorimétricas simples e dispositivos microfluídicos possibilitou o desenvolvimento de testes químicos para serem empregados na agricultura. Os dados gerados podem ser utilizados na modelação da distribuição de nutrientes no terreno em estudo e posterior correção visando benefícios à agricultura. / This dissertation aimed at the development of a microfluidic device for the determination of nutrients in soil. The motivation for the development of a microfluidic platform dedicated to agriculture comes from population growth, which in 2030 will reach 8.5 billion people, compared to 7.3 billion today. With such a significant growth of the world population, food supply becomes vital. Agriculture plays a notable role in food supply and in the Brazilian economy. The monitoring of nutrients in the soil for good production is indispensable. The development of microfluidic devices has been highlighted in the industrial, food, environmental and criminal areas, due to their portability, low weight, manufacturing cost and reagent consumption. With a 50 ?L sample application in the center of the microfluidic device, the liquid percolates the interior of the device by capillarity to the reaction zones where small volumes of reagent are deposited. After the sample reacts in the reaction zone, a visual color change is observed and this can be used to quantify the species of interest. Among the extractors used, water is not a good extractor for the analytes used here. The analytical curve of borate and cobalt presented promising results in both aqueous solution and 2% citric acid. The use of 2% citric acid solution for the construction of the analytical curve and extraction of iron and copper from the soil is an efficient reagent when compared to water and neutral ammonium citrate. For phosphate, the use of water solutions or neutral ammonium citrate may be employed. The construction of tests for quantification of nitrite, nitrate and zinc presented problems of reproducibility. The colorimetric reactions presented promising results for application in paper - based microfluidic devices. The association between simple colorimetric reactions and microfluidic devices allowed the development of chemical tests to be used in agriculture. The data generated can be used in the modeling of nutrient distribution in the field under study and later correction aiming at benefits to agriculture.

O uso de antibióticos em animais de produção pode ser ministrado de diferentes formas: i) como método de prevenção de doenças, ii) como tratamento e combate de doenças como mastite, infecções respiratórias, genitais e oftálmicas, e iii) aplicados às rações, a fim de aumentar o ganho de peso, promovendo também a eficiência de aproveitamento dos alimentos e tornando menores os índices de morbidez e mortalidade. No entanto, alguns produtores utilizam os antibióticos de forma inadequada, ministrando o mesmo em dosagens superiores às recomendadas ou até mesmo adicionando os antibióticos diretamente no leite, a fim de inibir o crescimento indesejável de bactérias, o que pode causar graves riscos à saúde humana. Uma das maneiras de se detectar resíduos de antibióticos (sulfonamidas) em leite é a partir da reação enzimática entre a anidrase carbônica e um éster (4-nitrofenil acetato), que gera uma coloração amarelo brilhante. As sulfonamidas inibem tal reação, impedindo o surgimento de cor. Dispositivos microfluídicos fabricados em papel (μAD) foram desenvolvidos como um novo método simples, rápido, portátil e de baixo custo, a fim de se detectar a presença ou ausência das três principais sulfonamidas (sulfametazina, sulfadimetoxina e sulfatiazol), como exigido pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA). A imobilização de uma fina camada uniforme de pasta de metil celulose, nos spots dos microdispositivos, permitiu maior estabilidade na superfície reacional do papel, de forma a alcançar limites de detecção (LOD) menores, equivalentes à 2,80 μmol L-1 (7,79x10-7 g mL-1) para a sulfametazina, 2,70 μmol L-1(8,37x10-7 g mL-1) para a sulfadimetoxina e 2,50 μmol L-1 (6,38x10-7 g mL-1) para o sulfatiazol. O método apresentou, como principal vantagem, a análise das amostras de leite bovino sem qualquer tratamento prévio. Além disso, o método apresentou boa linearidade e repetitividade nos ensaios realizados intra-dia e inter-dia, além de se mostrar seletivo para compostos da classe das sulfonamidas, mostrou-se também robusto com relação a alterações na temperatura do leite bovino. Dessa forma, o teste pode ser transportado para a área rural, sem a necessidade de um profissional especializado, a fim de se obter um diagnóstico local rápido, simples e de baixo custo, para a qualidade do leite. / The use of antibiotics in animal production can be delivered in diferent ways: i) as a method of preventing disease in animals, ii) as treatment and combat diseases such as mastitis, respiratory infections, genital infections and ophthalmic infections, and iii) applied to the feed in order to increase the weight gain of the animals, promoting the efficiency of food utilization, and making lower the morbidity and mortality. However, some producers use antibiotics improperly, administering it in doses higher than those recommended or even directly adding antibiotics to the milk, in order to inhibit the unwanted growth of bacteria. This fact alone can cause serious risks to human health. One way of detecting antibiotic residues (sulfonamides) in milk, is using the enzymatic reaction between an ester (4-nitrophenyl acetate) and carbonic anhydrase, which gives a bright yellow color. The sulfonamides inhibit this reaction, preventing color appearance. Paper-based microfluidic devices (μPAD) have been developed as a new simple, fast, portable and inexpensive, in order to detect the presence or absence of the three most common sulfonamides (sulfamethazine, sulfadimethoxine and sulfathiazole), as required by the National Agency of Sanitary Surveillance (ANVISA). The immobilization of a uniform thin layer of methyl cellulose pulp on the spots of microdevices, allowed greater stability in the reaction surface of the paper, and achieved lower limits of detection (LOD) than without the additive, equivalent to 2.80 5mol L-1 (7.79x10-7 g mL-1)for sulfamethazine, 2.70 5mol L-1 (8.37x10-7 g mL-1) for sulfadimethoxine and 2.50 5mol L-1 (6.38x10-7 g mL-1) for sulfathiazole. The principal advantage of this method is that allows the analysis of bovine milk samples without any prior treatment. Furthermore, the method i) has good linearity and repeatability in tests performed intra-day and inter-day, ii) shows selectivity for compounds of the sulfonamide class, and iii) is robust to changes in bovine milk temperature. Thus, the test can be transported to the rural area, without a specialized professional, providing locally a fast, simple and low cost diagnostic for the presence of sulfonamide antibiotics in milk.

O uso de antibióticos em animais de produção pode ser ministrado de diferentes formas: i) como método de prevenção de doenças, ii) como tratamento e combate de doenças como mastite, infecções respiratórias, genitais e oftálmicas, e iii) aplicados às rações, a fim de aumentar o ganho de peso, promovendo também a eficiência de aproveitamento dos alimentos e tornando menores os índices de morbidez e mortalidade. No entanto, alguns produtores utilizam os antibióticos de forma inadequada, ministrando o mesmo em dosagens superiores às recomendadas ou até mesmo adicionando os antibióticos diretamente no leite, a fim de inibir o crescimento indesejável de bactérias, o que pode causar graves riscos à saúde humana. Uma das maneiras de se detectar resíduos de antibióticos (sulfonamidas) em leite é a partir da reação enzimática entre a anidrase carbônica e um éster (4-nitrofenil acetato), que gera uma coloração amarelo brilhante. As sulfonamidas inibem tal reação, impedindo o surgimento de cor. Dispositivos microfluídicos fabricados em papel (μAD) foram desenvolvidos como um novo método simples, rápido, portátil e de baixo custo, a fim de se detectar a presença ou ausência das três principais sulfonamidas (sulfametazina, sulfadimetoxina e sulfatiazol), como exigido pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA). A imobilização de uma fina camada uniforme de pasta de metil celulose, nos spots dos microdispositivos, permitiu maior estabilidade na superfície reacional do papel, de forma a alcançar limites de detecção (LOD) menores, equivalentes à 2,80 μmol L-1 (7,79x10-7 g mL-1) para a sulfametazina, 2,70 μmol L-1(8,37x10-7 g mL-1) para a sulfadimetoxina e 2,50 μmol L-1 (6,38x10-7 g mL-1) para o sulfatiazol. O método apresentou, como principal vantagem, a análise das amostras de leite bovino sem qualquer tratamento prévio. Além disso, o método apresentou boa linearidade e repetitividade nos ensaios realizados intra-dia e inter-dia, além de se mostrar seletivo para compostos da classe das sulfonamidas, mostrou-se também robusto com relação a alterações na temperatura do leite bovino. Dessa forma, o teste pode ser transportado para a área rural, sem a necessidade de um profissional especializado, a fim de se obter um diagnóstico local rápido, simples e de baixo custo, para a qualidade do leite. / The use of antibiotics in animal production can be delivered in diferent ways: i) as a method of preventing disease in animals, ii) as treatment and combat diseases such as mastitis, respiratory infections, genital infections and ophthalmic infections, and iii) applied to the feed in order to increase the weight gain of the animals, promoting the efficiency of food utilization, and making lower the morbidity and mortality. However, some producers use antibiotics improperly, administering it in doses higher than those recommended or even directly adding antibiotics to the milk, in order to inhibit the unwanted growth of bacteria. This fact alone can cause serious risks to human health. One way of detecting antibiotic residues (sulfonamides) in milk, is using the enzymatic reaction between an ester (4-nitrophenyl acetate) and carbonic anhydrase, which gives a bright yellow color. The sulfonamides inhibit this reaction, preventing color appearance. Paper-based microfluidic devices (μPAD) have been developed as a new simple, fast, portable and inexpensive, in order to detect the presence or absence of the three most common sulfonamides (sulfamethazine, sulfadimethoxine and sulfathiazole), as required by the National Agency of Sanitary Surveillance (ANVISA). The immobilization of a uniform thin layer of methyl cellulose pulp on the spots of microdevices, allowed greater stability in the reaction surface of the paper, and achieved lower limits of detection (LOD) than without the additive, equivalent to 2.80 5mol L-1 (7.79x10-7 g mL-1)for sulfamethazine, 2.70 5mol L-1 (8.37x10-7 g mL-1) for sulfadimethoxine and 2.50 5mol L-1 (6.38x10-7 g mL-1) for sulfathiazole. The principal advantage of this method is that allows the analysis of bovine milk samples without any prior treatment. Furthermore, the method i) has good linearity and repeatability in tests performed intra-day and inter-day, ii) shows selectivity for compounds of the sulfonamide class, and iii) is robust to changes in bovine milk temperature. Thus, the test can be transported to the rural area, without a specialized professional, providing locally a fast, simple and low cost diagnostic for the presence of sulfonamide antibiotics in milk.

Esta dissertação teve como objetivo o desenvolvimento de um dispositivo microfluídico para a determinação de nutrientes em solo. A motivação para o desenvolvimento de uma plataforma microfluídica dedicada à agricultura vem do crescimento populacional, que chegará em 2030 a 8,5 bilhões de pessoas, ante 7,3 bilhões atuais. Com um crescimento tão expressivo da população mundial o fornecimento de alimentos torna-se vital. A agricultura desempenha um papel notável no fornecimento de alimentos e na economia brasileira. O monitoramento de nutrientes no solo para uma boa produção é indispensável. O desenvolvimento de dispositivos microfluídicos vêm tomando destaque na área industrial, alimentar, ambiental e criminal, devido a sua portabilidade, baixo peso, custo de fabricação e consumo de reagentes. Com uma aplicação de amostra de 50 µL no centro do dispositivo microfluídico, o líquido percola o interior do dispositivo por capilaridade até as zonas reacionais, onde estão depositados pequenos volumes de reagente. Após a amostra reagir na zona reacional, uma alteração visual da cor é observada e esta pode ser utilizada para quantificar a espécie de interesse. Dentre os extratores utilizados, a água não é um bom extrator para os analitos aqui trabalhados. A curva analítica de borato e cobalto apresentaram resultados promissores tanto em solução aquosa quanto em ácido cítrico 2%. O emprego de solução de ácido cítrico 2% para construção da curva analítica e extração de ferro e cobre do solo é um reagente eficiente se comparado a água e citrato neutro de amônio. Para o fosfato, o emprego de soluções de água ou citrato neutro de amônio podem ser empregados. A construção de testes para quantificação de nitrito, nitrato e zinco apresentaram problemas de reprodutibilidade. As reações colorimétricas apresentaram resultados promissores para aplicação em dispositivos microfluídicos a base papel. A associação entre reações colorimétricas simples e dispositivos microfluídicos possibilitou o desenvolvimento de testes químicos para serem empregados na agricultura. Os dados gerados podem ser utilizados na modelação da distribuição de nutrientes no terreno em estudo e posterior correção visando benefícios à agricultura. / This dissertation aimed at the development of a microfluidic device for the determination of nutrients in soil. The motivation for the development of a microfluidic platform dedicated to agriculture comes from population growth, which in 2030 will reach 8.5 billion people, compared to 7.3 billion today. With such a significant growth of the world population, food supply becomes vital. Agriculture plays a notable role in food supply and in the Brazilian economy. The monitoring of nutrients in the soil for good production is indispensable. The development of microfluidic devices has been highlighted in the industrial, food, environmental and criminal areas, due to their portability, low weight, manufacturing cost and reagent consumption. With a 50 ?L sample application in the center of the microfluidic device, the liquid percolates the interior of the device by capillarity to the reaction zones where small volumes of reagent are deposited. After the sample reacts in the reaction zone, a visual color change is observed and this can be used to quantify the species of interest. Among the extractors used, water is not a good extractor for the analytes used here. The analytical curve of borate and cobalt presented promising results in both aqueous solution and 2% citric acid. The use of 2% citric acid solution for the construction of the analytical curve and extraction of iron and copper from the soil is an efficient reagent when compared to water and neutral ammonium citrate. For phosphate, the use of water solutions or neutral ammonium citrate may be employed. The construction of tests for quantification of nitrite, nitrate and zinc presented problems of reproducibility. The colorimetric reactions presented promising results for application in paper - based microfluidic devices. The association between simple colorimetric reactions and microfluidic devices allowed the development of chemical tests to be used in agriculture. The data generated can be used in the modeling of nutrient distribution in the field under study and later correction aiming at benefits to agriculture.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica (Energia Térmica). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Submitted by Nathália Faria da Silva (nathaliafsilva.ufv@gmail.com) on 2017-08-25T16:01:06Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2391888 bytes, checksum: 22f9fbf5cacfb0e17fed7e7b44418a6b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-25T16:01:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2391888 bytes, checksum: 22f9fbf5cacfb0e17fed7e7b44418a6b (MD5) Previous issue date: 2011-02-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Emulsões são dispersões de um fluido (fase dispersa) em outro (fase contínua) com a condição de que estes fluidos sejam imiscíveis entre si.Este tipo de dispersão e formado por gotas esféricas, termodinamicamente metaestáveis, e podem ser estabilizadas parcialmente pela adição de surfactantes. Estas dispersões apresentam uma grande gama de aplicações tecnológicas na indústria química, farmacêutica, de alimentos, etc. Podem ser produzidas de diversos meios, dentre os quais se destacam as técnicas de microfluídica, que utiliza diversos tipos dispositivos específicos para esta finalidade, que podem produzir de emulsões com baixa dispersão de tamanhos (% 3%) e com dimensões con- trolaveis por meio das vazões das fases. Este ganho de qualidade aumenta ainda mais a gama de aplicações tecnológicas destas dispersões. Um dos principais parâmetros que caracterizam uma emulsão de alta qualidade e o tamanho das gotas. Por isso, na primeira parte de nosso trabalho, procuramos prever como varia o diâmetro médio das gotas produzidas por um dispositivo de focagem de fluxo, generalizando a equação de Umbanhovvar et al, que prevê o diâmetro das gotas produzidas por um dispositivo de fluxo coaxial. Depois produzimos e caracterizamos o tamanho médio das gotas em emulsões de óleo em água em relação as vazões das fases, e comparamos com o modelo de Umbanhovvar. Assim verificamos que a equação de Umbanovvar apresenta-se válida para um dispositivo de focagem de fluxo. No entanto os métodos de microfluídica apre- sentam limitações, como a baixa escala de produção e o tamanho mínimo das gotas, que pode chegar a um no caso de dispositivos mais sofisticados, feitos com PDMS (polidimetilsiloxano). A limitação de tamanho mínimo decorre tanto de dificuldades técnicas pela interferência das paredes dos dispositivos quanto pela transição de regime, de gotejamento para jatos. Na segunda parte de nosso trabalho procuramos reduzir o tamanho das emulsões através do método de evaporação de cossolvente. Inicialmente produzimos emulsões de óleo e clorofórmio disperso em uma solução de água, glicerina e álcool polivinílico (PVA), onde a concentração de óleo na fase dispersa foi variada em ? amostras diferentes. Depois disso esperamos a evaporação do clorofórmio e, durante este processo fotografamos as emulsões em intervalos de tempo determinados, o que nos permitiu verificar a variação no tamanho e na distribuição de tamanhos das gotas no decorrer do tempo. Foi possível reduzir consideravelmente o tamanho das emulsões. Conseguimos reduções para 62,2% e 16,8% do tamanho inicial das emulsões, para as amostras onde as concentrações de óleo eram respectivamente 10%v/v e 0,00017%v/v. Para pequenas concentrações de óleo a redução de tamanho foi limitada pelas impurezas do cossolvente (clorofórmio). Além disso, as emulsões apresentaram, após a evaporação do cossolvente, uma distribuição de tamanhos próxima a distribuição anterior a aplicação do método, o que atesta a validade desta estratégia. / Emulsions are dispersions of one fluid (dispersed phase) into another (continuous phase) with the condition that these fluids are immiscible. This type of dispersion is formed by spherical drops, thermodynamically metastable, and can be partially stabili- zed by the addition of surfactants. These dispersions have a wide range of technological applications in chemical, pharmaceutical, food, etc.. They can be produced in different ways, among which we enphasize the techniques using microfluidics, which uses diffe- rent types of devices and that can produce emulsions with low size dispersion (83%) and whose dimensions can be controlled by changing the flow of the phases. This gain in quality further increases the range of technological applications of these dispersions. One of the main parameters that characterize an emulsion of high quality is the size of the drOps. Therefore, in the first part of our work, we try to predict the dependence of the mean diameter of the droplets produced in a flow focusing device, generalizing the equation of Umbanhowar et al, which gives the diameter of the droplets produced by a flow focusing device. Then we produced and characterized the droplets in emulsions of oil in water in relation to the flows of the phases, and compared with the model of Umbanhowar. We verified that the predicions of Umbanhowar are also applicable to flow focusing devices. However, the microfluidic methods have limitations, such as low production scale and the minimum size of the droplets, which can reach Sum for more sophisticated devices made with PDMS (polydimethylsiloxane). The minimum size limitation derives both from the technical difficulties due to the interference from the walls in the microchannels and to the transition of the flow regime from dripping to jet. In the second part of our work we tryed to reduce the size of the emulsion by the method of cossolvent evaporation. Initially we produced emulsions of oil and also of chloroform dispersed in a solution of water, glycerin and polyvinyl alcohol (PVA), where the concentration of oil in the dispersed phase varied in seven different samples. After that we evaporated the chloroform and photographed the emulsions in certain time intervals, which allowed us to determine the variations in size and size distribution of drops over time. It was possible to considerably reduce the size of the emulsions. We were able to decrease 622% and 168% of the initial size of the emulsions for samples Where concentrations of oil were respectively 10%V/ V and 0.00017%V/V. For small concentrations of oil the size reduction was limited by impurities presented in the cossolvent (chloroforrn). In addition, after the evaporation of the cossolvent, the size distribution did not change appreciably, Which proves the validity of this method.

Ingeniera Civil Química / El cáncer de hígado tiene una tasa de mortalidad en hombres del 14,3% y en mujeres del 5,1% a nivel mundial. Terapia de embolización, se basa en bloquear el suministro de sangre al tumor mientras que simultáneamente se administra la quimioterapia. Para realizarla se utilizan microesferas de polímeros sintéticos que en su mayoría pueden ser citotóxicos, lo que conduce muchas veces a respuestas inmunes indeseadas e inflamación del tejido. Para evitar este problema, en este trabajo se presenta como alternativa, microesferas de mezclas de biopolímeros, que sean biocompatibles. En particular, algináto sódico y quitosano, los que presentan una fuerte afinidad debido a la naturaleza polianiónica del primero y policatiónica del segundo. Se proponen cuatro metodologías diferentes para la generación de esferas de hidrogel milimétricas, denominadas alginato cálcico, recubiertas, blendas y core shell. Las esferas se sometieron a diferentes ensayos: estabilidad en el tiempo, propiedades mecánicas al ser dejadas en soluciones de agua destilada, cloruro de calcio (CaCl2) y suero fisiológico (PBS), fotografías SEM y análisis termogravimétrico, los que permitieron determinar que las esferas del tipo blenda obtienen los mejores resultados. Paralelamente fue necesario implementar un ensayo para determinar las propiedades mecánicas y obtener resultados comparables entre los diferentes tipos de esferas. Finalmente, para obtener microesferas, se recurrió a la microfluídica, replicando las metodologías presentadas a nivel milimétrico. A pesar de los buenos resultados obtenidos para las esferas blendas, su reproducción en microfluídica no fue posible, es por ello que se estudió una cuarta metodología microesferas denominadas core shell, obteniéndose del orden de 200 [µm]. Esferas core shell milimétricas, tienen resultados similares a las esferas blendas, tanto en estabilidad como en propiedades mecánicas, por lo que se concluye que son potencialmente aptas para la aplicación en terapia de embolización. / 30/05/2019

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sensor térmico de vazão integrado a um microcanal. Todo o ciclo de desenvolvimento é abordado: conceito, modelagem e simulação, fabricação e caracterização. O sensor é composto por um filamento de níquel fabricado sobre uma lâmina de vidro que é soldada a um bloco de polidimetilsiloxano (PDMS) contendo microcanais. A aferição da vazão no interior do microcanal é feita indiretamente através da medida da troca de calor entre o filamento e o fluido. As simulações por elementos finitos mostraram que o sensor apresenta três faixas de operação, sendo que em duas delas (fluxos menores do que 20 L/min ou maiores do que 130 L/min) a resposta elétrica do sensor varia linearmente com a vazão. Diversos sensores foram fabricados seguindo o processo de fabricação proposto e alguns dispositivos foram caracterizados eletricamente, tendo sido levantadas as curvas da tensão elétrica sobre o filamento em função da vazão no microcanal. Os resultados experimentais mostraram que os sensores fabricados são capazes de medir vazões da ordem de dezenas de microlitros por minuto na faixa de operação de menor sensibilidade. Métodos de fabricação alternativos foram propostos com o intuito de aumentar a sensibilidade do sensor, produzindo filamentos auto-sustentados no interior dos microcanais. Foi proposto um modelo para simulação comportamental dos sensores otimizados por elementos concentrados e os resultados preliminares tanto de simulação quanto de fabricação desses sensores foram apresentados. / This project presents the development of a thermal flow sensor integrated into a microchannel. The whole design cycle is discussed: concept, modeling and simulation, fabrication and characterization. The sensor consists of a nickel filament fabricated on a glass substrate which is bonded to a polydimethylsiloxane (PDMS) block containing the microchannels. The flow inside the microchannel is indirectly measured through the heat exchange between the filament and the fluid. Finite methods analysis revealed that the sensor has three operating ranges and in two of them (flows below 20 ìL/min or higher than 130 ìL/min) the electric response of the sensor varies linearly with respect to the flow. Several flow sensors were fabricated according to the fabrication method presented in this project and some of them were characterized electrically. The response of the voltage on the filament as a function of the flow inside the microchannel was obtained. The experimental results demonstrated that the flow sensors could measure flow rates as small as tens of microliters per minute even when working on the less sensitive operating range. Alternative fabrication methods were proposed in order to improve the sensor sensitivity, leaving the filaments self-sustained inside the microchannels. A lumped element model was introduced in order to simulate the behavior of the optimized flow sensors. Some preliminary results of these simulations and of the fabrication processes were presented.