Comparación entre partículas atrapadas en membranas con partículas en pozos de canal de 2 mm. Comparación entre partículas atrapadas en membranas con partículas en pozos de canal de 5 mm.
Objetivo general
Objetivos específicos
Definición del problema
Además, cada método de producción tiene su propia evaluación basada en el criterio de selección (columna “Valor” en la Tabla 4) y obtuvo una evaluación ponderada del producto de evaluación. El posicionamiento de las membranas se ilustra en la Figura 12 y también se muestra la ruta de posicionamiento de cada membrana. De la información recopilada de los bocetos y diseños se obtiene el mejor plan de impresión con base en las correcciones realizadas y que se muestra en la Figura 10 b.
La Figura 12c muestra el flujo turbulento representado con el cambio de dirección de las flechas de velocidad en la zona de las membranas. Por otro lado, mediante la física de partículas se puede analizar adicionalmente la trayectoria de las partículas representadas en la Figura 12d con la misma física. El diseño del canal cargado en COMSOL se ve en la Figura 13b, tiene la entrada, el canal de trayectoria y dos discontinuidades porosas simulando las membranas.
La estructura del canal simulado en el software se ilustra en la Figura 14b y difiere sólo en diámetro del anterior. La simulación final realizada corresponde al canal con una entrada de fluido y dos salidas mostrado en la Figura 16a. Cuando se completó la infusión, se retiraron las membranas de los soportes y se lavaron con 100 µl de PBS para eliminar las partículas atrapadas en la membrana del filtro (Figura 23b).
Los resultados de la distribución de partículas en cada una de las muestras se muestran en la Tabla 9; la media de las partículas de interés (con un diámetro mayor a 2 µm) es 70,91% con una desviación estándar de 21,21. En el gráfico 5 se puede observar el comportamiento de las 4 muestras en los diferentes rangos de tamaño. Por otro lado, se estima que aproximadamente el 83% de las partículas atrapadas en la membrana tienen valores superiores a 2 µm.
En la Tabla 14 se muestra la cantidad estimada de partículas en cada uno de los intervalos, tanto en los pozos de desechos como en las membranas filtrantes.
Justificación
Pregunta de investigación
Fluido
Son líquidos que se ajustan a la ley de viscosidad de Newton, que varía únicamente con la temperatura y la presión. En estos fluidos, la viscosidad depende de factores como la temperatura aplicada, la presión y el esfuerzo cortante31.
Mecánica de fluidos
En los sistemas de conducción cilíndricos, el flujo laminar tiene la característica de que las velocidades en la pared son menores que las de la pared. En los fluidos newtonianos, el flujo sigue la ley de viscosidad de Newton, la ecuación de movimiento y continuidad.
Microfluídica
Técnicas de grabado
Al implementar esta técnica, se pueden crear estructuras en escalas micrométricas y nanométricas como se ve en la Figura 340. La imagen muestra el proceso de fotolitografía positiva, donde el fotorresistente se debilita por el contacto con la radiación UV.
Sangre
Además, en este modelo puramente experimental, la recopilación de datos se basa en la medición objetiva y la consecución de resultados generales y repetibles51. En primer lugar se realizaron diferentes bocetos, teniendo en cuenta las técnicas y materiales de fabricación (fabricación de piel y termosellado, fotolitografía e impresión 3D), y el diseño de los filtros teniendo en cuenta la variación de tamaños de los componentes sanguíneos como referencia de los no newtonianos. fluidos como se sugiere en la Tabla 1. En la parte superior de las membranas existen tapas, que tienen la función de sellar la parte superior para evitar derrames de líquidos.
A partir de los diseños CAD realizados en la fase anterior se desarrollaron simulaciones del programa COMSOL MULTIPHYSICS. Además, el comportamiento del fluido se analizó mediante la implementación de diferentes software de física para obtener datos sobre la velocidad del fluido en cada punto y la filtración de partículas como se muestra en las Figuras 12 c y d. Figura 12.. a) Diseño de canal de flujo lineal con membrana de filtro a mitad de camino. De acuerdo a los resultados especificados en el software y mostrados en la Figura 13 c y d, se muestra que la velocidad del líquido durante el recorrido fue entre 0.4 y 1.2 mm/s, además, el análisis de trayectoria mostró que la probabilidad de transmisión La tasa de partículas con un diámetro entre 1 µm y 4 µm a través de las membranas de filtración fue del 0,0096%, el resto no pasó a través de la estructura.
La simulación del canal de 5 mm se realizó bajo los criterios de diseño CAD, mostrados en la Figura 14a y siguiendo los mismos parámetros de entrada que en las simulaciones anteriores (4 mm/s). La última simulación que tiene en cuenta la variación de diámetros se muestra a continuación en la Figura 15, y el diámetro del canal es de 10 mm. 51. La aplicación de la física de flujo laminar y el seguimiento de partículas se organiza en las secciones c y d de la Figura 15. donde se encuentran las gráficas de velocidad y trayectoria de las partículas respectivamente. Consistentemente y como se esperaba, los resultados del flujo laminar y el comportamiento de las partículas están directamente relacionados, ya que las partículas también tienen preferencia hacia la primera salida como se muestra en la Figura 16d.
En el caso del canal de 10 mm, las partículas recolectadas de los pozos se concentraron en las regiones inferiores; aproximadamente el 77,7% de las partículas tenían menos de 2 µm de diámetro. El canal de 10 mm mostró una mayor eficiencia en la separación de partículas más grandes en la solución con un promedio de 78,26%, debido a que la membrana tiene un área de acción de aproximadamente 314,15 mm³, que es 4 veces el área del canal de 5 mm. canal y 25 veces más grande que el canal de 2 mm. En conclusión, el canal de 10 mm tiene un mayor potencial de filtrado cuando las partículas de interés tienen más de 2 µm de diámetro, mientras que los canales de 5 y 2 mm tienen un mayor potencial de filtrado para partículas menores de 2 µm.
Diseño de los microcanales en software CAD
Simulación de separación de componentes
Fabricación de los microcanales
Pruebas de los microcanales
Conteo de las micelas
El conteo micelar se realizó utilizando una cámara de Neubauer, tomando en cuenta todas las partículas en las 5 áreas que se muestran en la Figura 24, donde cada área consta de un cuadrado de 0,2 mm de longitud y se divide en 16 áreas, cuadrados cuya longitud es de 0,05 mm. En primer lugar se contaron las micelas encontradas en el canal de 2 mm, teniendo en cuenta que la leche entera contiene 1.000.500 micelas/mm3. Luego de realizar el procedimiento de filtrado y conteo celular, se obtuvo el total estimado de partículas presentes en la muestra, 795.000 micelas. /mm3 para el residuo de muestra de 2 mm y 230.000 micelas/mm3 en la membrana, para dar un total de 1.025.000 micelas/mm3 en los resultados del canal de 2 mm. A continuación se realiza el recuento de micelas para el canal de 5 mm, para la leche entera se vuelve a tomar como referencia el total de 1.050.000 micelas/mm3 que tiene la leche entera, de lo cual hay un total de 630.000 partículas en el foso de desechos y 435.000 En la membrana se encontraron micelas/mm3, resultando en un total de 1.070.000 micelas encontradas en este proceso de filtración.
El último procedimiento de conteo se realizó para el canal de 10 mm, a partir de la referencia del conteo de leche entera, que tiene 1.050.000 micelas/mm3, el residuo del canal de 10 mm tuvo 645.000 micelas/mm3, mientras que, en el proceso de filtración, 375.000 Se encontraron micelas/mm3 en la membrana, obteniendo así un total de 1.020.000 micelas en total en la muestra estudiada.
Medición de los diámetros de las partículas
Por otro lado, otro factor para realizar la separación por tamaño fue porque se espera que, en los pozos, las partículas de interés tengan un diámetro menor a 2 µm y en las membranas, las partículas de interés tengan un diámetro mayor a 2 µm. A continuación se muestran los datos obtenidos de los pozos de relaves del canal de 2 mm. La distribución de tamaños muestra que existe una mayor concentración de partículas en el rango entre 1 y 2 μm para las 4 muestras, lo cual se evidencia en el gráfico 6.
Por otro lado, en el canal de 10 mm de diámetro, los datos se concentran en los rangos superiores, donde aproximadamente el 78,26% de las partículas tienen un diámetro mayor a 2 µm. En los tres canales, las partículas se concentran en los rangos inferiores, donde más del 75% de las partículas tienen un diámetro inferior a 2 µm. En el caso del diámetro de 5 mm las partículas tienden a estar más concentradas en el rango de 1 a 2 µm con alrededor del 90% de las partículas, mientras que en este mismo rango los canales de 2 mm y 10 mm tienen un porcentaje de 79,9% y 64,95. .
El gráfico 13 muestra que en el caso de los residuos existe una clara tendencia hacia valores más bajos, correspondiendo más del 86% de las partículas a valores con un diámetro inferior a 2 µm. El caso Los datos de la membrana muestran que hay un pico en el rango de 2 a 2,5 µm. Sin embargo, no hay una tendencia clara hacia rangos positivos o negativos y se observa simetría entre los rangos inferiores y superiores. Al contar la leche, las partículas con un diámetro superior a 2 µm se estiman en 552.536 partículas/mm3. Se esperaba que la membrana filtrante atrapara las partículas más grandes en su estructura y las partículas más pequeñas quedaran en los pozos, es decir, las partículas que pasan fácilmente a través de la estructura de retención.
En el caso del análisis de pozo, el canal de 5 mm presenta el mejor resultado porque el porcentaje de partículas con un diámetro menor a 2 μm es de 93.07. Los datos muestran que los canales de 5 y 10 mm presentan los mejores resultados, mostrando una filtración superior al 80%, esto se debe a que cuanto más ancho es el canal, mayor es la cantidad de área porosa para el paso de las partículas.
