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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2006.tde-13032007-095252
Documento
Autor
Nome completo
Leandro Colevati dos Santos
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2006
Orientador
Banca examinadora
Silva, Maria Lúcia Pereira da (Presidente)
Galeazzo, Elisabete
Tenório, Eik
Título em português
Desenvolvimento de equipamento de teste de estruturas miniaturizadas: testes em estrutura útil na eliminação de partículas.
Palavras-chave em português
Estruturas miniaturizadas
QCM
Retenção de compostos
Resumo em português
Amostras com pequenos volumes e matrizes complexas, como sistemas biológicos, necessitam de preparação criteriosa. Muitas dessas amostras são melhor analizadas em estruturas miniaturizadas devido à necessidade de detectar células e microorganismos em diferentes matrizes. Por essa razão, equipamentos capazes de detectar e destruir microorganismos e estruturas para prévia retenção desses se faz necessários na vida moderna. Chicanas, constrições usadas para reduzir velocidade de fluxo, que podem ser utilizadas para reter compostos, são estruturas macroscópicas para remover resíduos de lagos, fazendas e etc. e chicanas miniaturizadas foram usadas para a adsorção de compostos orgânicos do ar e da água. Assim, esse trabalho tem dois diferentes objetivos: 1) Produção de um equipamento de baixo custo, para teste de partículas ou eliminação de microorganismos e 2) O desenvolvimento de estruturas miniaturizadas para retenção e/ou seleção de partículas e substâncias viscosas de um fluido líquido. A metodologia utilizada foi: 1) Dois software foram escolhidos para esse trabalho. O LabVIEW® 7.0 foi utilizado como plataforma para o desenvolvimento do software do equipamento e o FemLAB® 3.1 para a simulação de estruturas. O equipamento produzido usou Microbalança de Quartzo como detector e um sistema de admissão baseado em uma bomba e tubos. 2) O desenho da estrutura foi otimizado por simulação do comportamento do fluxo. A estrutura otimizada foi feita desmontável, e usinada em polimetilmetacrilato ? acrílico, com ferramentas convencionais. Acrílico foi usado devido à sua transparência óptica, que permite testes com microsocpia óptica. As simulações consideraram N2 e Água como fluidos gasoso e líquido, respectivamente. Avaliou-se o comportamento das partículas (50?m and 13?m) em fluxo gasoso e polidimetilsiloxano (silicone, com viscosidade de 350 cSt) e partículas em fluxo líquido. As estruturas foram caracterizadas quanto à adsorção e retenção de partículas usando equipamento desenvolvido e por microscopia óptica. As estruturas foram, também, continuamente fotografadas durante a execução do experimento e fotos foram utilizadas para determinar o comportamento do fluxo. Os reagentes foram injetados na estrutura em pequenos pulsos. O equipamento mostrou boa performance para detecção de adsorção em fluxo líquido e reprodutibilidade no monitoramento do aquecimento de estruturas. As chicanas mostraram boa capacidade de reter partículas grandes (50?m), mas não pequenas (13?m), tanto para fluxos gasosos como líquidos. Contudo, a estrutura tem pequena capacidade de carga para fluidos líquidos (? 1mg); além disso, a retenção de amostras de silicone na estrutura, utilizando fluido líquido, ocorreu devido à diferença de velocidade entre os fluidos. A simulação e os resultados experimentais apresentam boa correlação. Assim, a chicana mostrou a possibilidade de, seletivamente, separar partículas em fluxos gasosos e líquidos ou reter substâncias viscosas em fluxo líquido. Esses resultados apontam para diversas aplicações, como por exemplo, pré-tratamento para análises biológicas e retenção ou eliminação de microorganismos.
Título em inglês
Development of machine to test miniaturized structures: tests in util structure from particles elimination.
Palavras-chave em inglês
Compounds retention
Miniaturized structures
Quartz cristal microbalance
Resumo em inglês
Samples with small volume and complex matrix, such as biological systems, require careful preparation. Many of these samples are better analyzed in miniaturized structures owing to the need of detect cells and microorganisms in different arrays. Therefore equipment able to detect and destroy microorganisms and structures to previously retain them are require in the modern life. Chicanes, i.e. constrictions used to reduce flow velocity, can be useful to retain compounds, are macroscopic devices to remove waste removal from lakes, farms, etc. and miniaturized chicane was used to adsorption of organic compounds from air and water. Thus, this work has two different targets: 1) Production of a low-cost equipment useful for tests of particle or microorganisms elimination and 2) The development of miniaturized structures useful for retention and/or selection of particles and viscous substances from a liquid flow. The methodology used was: 1) Two software were chosen to this work. The LabVIEW® 7.0 was used for development of equipment software and FemLAB® 3.1 for structures simulation. The equipment production used Quartz Crystal Microbalance as detector and an admission system based on simple pumps and plumbing. 2) The design of the structure design was optimized using flow simulation. The optimized design was manufactured in poly(methyl methacrylate) -acrylic, with conventional tools. Acrylic was used due to the optical transparency that allows photographic tests and the structures can be easily disassembled. The simulations considered nitrogen and water for gaseous and liquid flow, respectively. It was evaluated the behavior of particles (50?m and 13?m) on gaseous flow and polydimethylsiloxane (silicone, viscosity of 350 cSt) and particles on liquid flow. The structures were characterized using equipment produced to measure adsorption and optical microscopy to evaluate particle retention. The structures were also continuously photographed during the experiments and the photos were analyzed to determine flow behavior. The reactants were inserted in the structure in small pulses. The equipment shows good performance for detection of adsorption in liquid flows and reproducibility on monitoring heated structures. Chicanes showed good ability to retain big particles (50 ?m) but not small ones (13 ?m) for both liquid and gaseous flow. However, the structure has small load capacity for liquids (? 1 mg). Moreover, the retention of silicone samples in the structure on liquid flow occurs due to the difference in the fluid velocity. The simulation and experimental results are in good agreement and also chicane structure shows the possibility of selectively separate particles from gaseous and liquid flow or retain viscous substances from a liquid flow. These results point out to several applications, such as sample pretreatment for biological analysis and microorganism retention or elimination.
 
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Data de Publicação
2007-04-03
 
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