Desarrollo y caracterización de sistemas de bombeo pasivo por capilaridad utilizando tecnología microfluídica de bajo costo para ser empleado en dispositivos Lab-on-a-Chip

Título

Desarrollo y caracterización de sistemas de bombeo pasivo por capilaridad utilizando tecnología microfluídica de bajo costo para ser empleado en dispositivos Lab-on-a-Chip

Colaborador

Artana, Guillermo
Cabaleiro, Juan Martín

Editor

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería

Fecha

2023-08

Extensión

162 p.

Resumen

La microfluídica es una disciplina en constante crecimiento que se enfoca en el estudio, manipulación y control de fluidos en canales de escalas micrométricas. Gracias a las características únicas de los fluidos en estas pequeñas escalas y al avance constante de esta disciplina, en los últimos años se han podido diseñar y fabricar dispositivos de alto impacto en áreas de la medicina, la biotecnología, y la química. De manera general, la manipulación y control de estos dispositivos puede llevarse a cabo mediante dos métodos bien diferenciados: los activos, que requieren energía externa para funcionar, y los pasivos que no la necesitan. Debido a la complejidad que implica el uso de métodos activos, los métodos pasivos han ganado relevancia en diversas aplicaciones, especialmente en aquellas donde la simplicidad es un requerimiento de diseño. En ese sentido, diversos son los mecanismos que pueden ser empleados para impulsar los fluidos en dichos dispositivos. Sin embargo, en este trabajo haremos especial foco en la microfluídica capilar como mecanismo de impulsión y estudiaremos en detalle el llenado capilar de dispositivos basados en microcanales de secciones rectangulares con paredes rugosas y disímiles. En la primera parte de en este trabajo, proporcionaremos al lector una introducción general a la microfluídica, su historia, aplicaciones y los mecanismos utilizados para propulsar los fluidos en dichos dispositivos, con especial atención en los sistemas pasivos y el uso de la microfluídica capilar en microcanales. También, y con la finalidad de establecer las bases matemáticas y físicas de nuestro estudio presentaremos las bases teóricas del llenado capilar en microcanales, incluyendo una ecuación general que nos permitirá modelar la dinámica del llenado capilar. Luego, haremos especial foco en el estudio de la dinámica del llenado capilar en microcanales rectangulares con paredes de diferentes materiales y rugosidades. Para ello, presentaremos un modelo que nos permitirá mejorar la capacidad predictiva frente a los tradicionalmente utilizados que no contemplan defectos superficiales, rugosidades, y ángulos dependientes de la velocidad de avance. Por otro lado, y en vistas de desarrollar mejores herramientas de diseño, presentaremos un novedoso método basado en algoritmos genéticos y una herramienta numérica unidimensional especialmente desarrollada en Matlab Simulink para simular la dinámica de llenado capilar en redes complejas de microcanales abordando el problema de diseño inverso en dichas geometrías. Por último, presentaremos un estudio experimental desarrollado alrededor del llenado capilar en curvas y bifurcaciones con la finalidad de obtener mejores herramientas para el prototipado y diseño rápido.