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CPGEI (Doutorado): Carlos Toshiyuki Matsumi - 29/11/2018

Defesa Pública de Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 29/11/2018
das 09h00 até 13h00
Onde Sede Central: Sala A-301
Nome do Contato Prof. Wilson José da Silva
Participantes Prof. Wilson José da Silva, Dr. Orientador - UTFPR
Prof. Fábio Kurt Schneider, Dr. Co-orientador - UTFPR
Prof. Joaquim Miguel Maia, Dr. Co-orientador - UTFPR
Banca Examinadora:
Prof. Wilson José da Silva, Dr. Presidente - UTFPR
Prof. Vitoldo Swinka Filho, Dr. - UFPR
Prof. José Carlos da Cunha , Dr. - UFPR
Prof. Rigoberto Eleazar Melgarejo Morales, Dr. - UTFPR
Profa. Paula Cristina Rodrigues, Dra. - UTFPR
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Geração e caracterização de microbolhas monodispersas com revestimento lipídico utilizando dispositivos de entrocamento microfluídicos

Resumo: Atualmente existe um crescente interesse na utilização de microbolhas em vários campos da medicina, farmacologia e química, bem como na indústria de alimentos. Existem diversas técnicas utilizadas para a produção de microbolhas monodispersas, como por exemplo, a atomização eletro-hidrodinâmica coaxial (CEHDA), os métodos de insonação e os dispositivos microfluídicos. Algumas destas técnicas requerem procedimentos de segurança durante a aplicação de campos elétricos intensos (por exemplo, CEHDA) ou equipamentos de microlitografia macia para a produção de dispositivos microfluídicos, que necessitam de sala limpa e ambiente controlados, evitando a contaminação no processo de microlitografia dos dispositivos. Os dispositivos de entroncamento microfluídicos, possuem a menor taxa de dispersão do tamanho das microbolhas geradas, em comparação as técnicas de Insonação e CEHDA. Este trabalho apresenta o processo de geração das microbolhas com revestimento lipídico, pelo método de entroncamento de canal T- Junction, utilizando micropipetas de uso clínico inseridos em dispositivos microfluídicos desenvolvidos por impressora 3D, onde foram geradas microbolhas de tamanhos variados em relação às diferentes micropipetas utilizadas durante os experimentos. Os diâmetros das microbolhas geradas foram de 16,55 μm a 57,7 μm, conforme a micropipeta utilizada, e índice de polidispersidade (PDI) próximo de 1%. Com estes resultados foi possível elaborar uma curva característica relacionando o diâmetro da micropipeta em função do diâmetro da microbolha a ser gerada, por intermédio de um polinômio de 2ª ordem. Os resultados foram comparados a outras pesquisas que utilizaram a matriz lipídica como revestimento e ar como fase gasosa da microbolha. O erro percentual ficou entre 2,75% e 6,62% e erro absoluto entre 0,11 μm e 4,64 μm. De acordo com a curva característica elaborada, o dispositivo microfluídico possibilita a produção de microbolhas de tamanhos adequados à utilização para uso clínico, utilizando micropipeta com diâmetro interno inferior a 3 μm. Na continuidade deste trabalho, foram realizados estudos da geração de microbolhas em elevada taxa de fluxo do líquido e fluxo do gás e da estabilidade da microbolha devido a alteração do revestimento (óleo de girassol e emulsificante) em diferentes proporções de massa e a associação de emulsificantes. A taxa de produção de microbolhas foi de 1800 bolhas/s, com diâmetro médio de 42,8 μm e índice de polidispersidade de 3%. Para a análise da estabilidade, foi possível mensurar o aumento da estabilidade pela associação de diferentes emulsificantes na camada de revestimento. A estabilidade obtida ficou compreendida entre 10 s a 900 s para uma microbolha com diâmetro inicial de aproximadamente 25 μm.
Palavras-chave:Dispositivos de entroncamento microfluídicos; microbolhas; micropipetas.

Generation and characterization of lipid-coated mono-disperse microbubbles using microfluidic junction devices

Abstract: There is a growing currently interest in the use of microbubbles in various fields of medicine, pharmacology and chemistry, as well as in the food industry. There are several tech-niques used for the production of monodisperse microbubbles, such as coaxial electro-hydro-dynamic atomization (CEHDA), insonation methods and microfluidic devices. Some of these techniques require safety procedures during the application of intense electric fields (eg CEHDA) or soft microlithography equipment for the production of microfluidic devices, which require a clean room and controlled environment, avoiding the contamination in the microli-thography process of the devices. The microfluidic trunking devices have the lowest dispersion rate of microbubble size generated, compared to the Insonation and CEHDA techniques. This work presents the process of generation of lipid-coated microbubbles by the T-junction channel junction method using clinical-use micropipettes inserted into microfluidic devices developed by a 3D printer, where microbubbles of different sizes were generated in relation to the different micropipettes used during the experiments. The diameters of the microbubbles generated were 16.55 μm at 57.7 μm, according to the micropipette used, and polydispersity index close to 1%. With these results it was possible to elaborate a characteristic curve relating the diameter of the micropipette as a function of the diameter of the microbolt to be generated, by means of a 2nd order polynomial. The results were compared to other studies that used the lipid matrix as coating and air as the gas phase of the microbubble. The percentage error was between 2.75% and 6.62% and absolute error between 0.11 μm and 4.64 μm. According to the elaborated cha-racteristic curve, the microfluidic device allows the production of microbubbles of sizes suitable for clinical use, using a micropipette with internal diameter of less than 3 μm. In the continuity of this work, studies were carried out on the microbubble generation at high liquid flow rate and gas flow and microbubble stability due to alteration of the coating (sunflower oil and emul-sifier) in different mass proportions and the association of emulsifiers . The microbubble pro-duction rate was 1800 bubbles / sec, with an average diameter of 42.8 μm and a polydispersity index of 3%. For the stability analysis, it was possible to measure the increase in stability by the association of different emulsifiers in the coating layer. The stability obtained was between 10 s and 900 s for a microbubble with an initial diameter of approximately 25 μm.
Keywords:Microfluidic junction devices; microbubbles; micropipettes.

Lista de publicações:

TOSHIYUKI MATSUMI, CARLOS; JOSÉ DA SILVA, WILSON; KURT SCHNEIDER, FÁBIO; MIGUEL MAIA, JOAQUIM; E. M. MORALES, RIGOBERTO; DUARTE ARAÚJO FILHO, WALTER Micropipette-Based Microfluidic Device for Monodisperse Microbubbles Generation. Micromachines. , v.9, p.387 - , 2018. 

MATSUMI, C. T.; SCHNEIDER, F. K. ; MAIA, J. M. ; MORALES, R. E. M. ; ARAUJO FILHO, W. D. . Geração de Microbolhas Monodispersas Utilizando Dispositivo de Entroncamento Microfluídico.. In: XXV Congresso Brasileiro de Engenharia Biomédica, CBEB 2016, 2016, Foz do Iguaçu - PR. Anais do XXV Congresso de Engenharia Biomédica. Curitiba - PR: UTFPR, 2016. v. I. p. 659-662.