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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2016.tde-27102021-135832
Document
Auteur
Nom complet
Houari Cobas Gómez
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2016
Directeur
Jury
Seabra, Antonio Carlos (Président)
Guimarães, Kleber Lanigra
Nogueira, Ana Rita de Araujo
Saul, Cyro Ketzer
Torre, Lucimara Gaziola de la
Titre en portugais
Sistemas microfluídicos cerâmicos para miniaturização de processos químicos aplicados à fabricação de nanopartículas.
Mots-clés en portugais
Cerâmica
Fabricação (Microeletrônica)
Nanopartículas
Nanotecnologia
Processos químicos
Resumé en portugais
O objetivo do presente estudo foi desenvolver sistemas microfluídicos cerâmicos para miniaturização de processos químicos. Selecionou-se o processo de geração de nanocápsulas poliméricas de ativos farmacêuticos pela rota de emulsificação, difusão e extração de solvente e o processo de geração de nanopartículas pela rota de nanoprecipitação. O sistema de emulsificação, difusão e extração de solvente foi desenvolvido visando a possibilidade do controle dos tamanhos das nanocápsulas geradas a partir do controle da vazão total dos fluidos que circulam pelos dispositivos. Estes dispositivos basearam seu princípio de funcionamento na advecção caótica gerada no interior de micromisturadores com geometria do tipo Serpentina 3D formada por sucessivos cotovelos. Foram desenvolvidos diferentes grupos de dispositivos para realizarem as funções de emulsificação e difusão de solvente. Para testar o sistema foram geradas nanocápsulas poliméricas com nanopartículas de Acetato de Hidrocortisona encapsulado. Os experimentos realizados mostraram a viabilidade do controle do tamanho das nanocápsulas geradas através do controle da vazão total pelos dispositivos. Constatou-se que a mínima vazão total de trabalho do sistema foi 90 mL/min (150x10-8 m3/s) e realizaram-se experiências com vazões até 348 mL/min (580x10-8 m3/s). Esta região de vazões de trabalho situa o sistema desenvolvido numa ordem de magnitude acima de outros dispositivos reportados na literatura científica que baseiam seu funcionamento na utilização de micromisturadores. Os tamanhos das nanopartículas geradas variaram no intervalo de 850 nm até 190 nm. Para vazões de trabalho acima de 240 mL/min (400x10-8 m3/s) os índices de polidispersão foram menores do que 0,15. Para a geração de nanopartículas pela rota da nanoprecipitação foram projetados e fabricados dispositivos de focalização hidrodinâmica 2D½ e 3D. Com o dispositivo de focalização 2D½ desenvolveu-se um sistema de nanoprecipitação seguido de uma etapa de secagem das nanopartículas geradas. Em função das variáveis de processo percebeu-se a possibilidade de trabalhar o dispositivo em dois regimes diferentes, o de secagem e o de extração parcial de solvente. Seu funcionamento foi validado por meio da geração de pó de Rifampicina. Conseguiram-se tamanhos mínimos de partículas na ordem de 50 nm. Os dispositivos de focalização 3D foram projetados para realizar numa mesma etapa de processo a geração das nanopartículas e a extração parcial de solvente. Os dispositivos foram testados através da geração de nanocápsulas poliméricas de Acetato de Hidrocortisona. Obtiveram-se nanocápsulas com tamanhos no intervalo de 162,2 nm a 310,6 nm e índices de polidispersão entre 0,131 e 0,205. Obtiveram-se valores de eficiência de extração superiores a 60%. As vazões de trabalho destes dispositivos, na ordem de 10 mL/min (16,67x10-8 m3/s), são de uma a duas ordens de magnitude maiores do que as vazões de outros dispositivos reportados na literatura que utilizaram princípios de operação similares para a geração das nanopartículas.
Titre en anglais
Untitled in english
Mots-clés en anglais
Ceramics
Chemical processes
Manufacturing (Microelectronics)
Nanoparticles
Nanotechnology
Resumé en anglais
The present study main goal was to develop ceramic microfluidics systems for chemical process miniaturization. The active pharmaceutical polymeric nanocapsules generations by emulsification, diffusion and solvent extraction process and by nanoprecipitation process were selected as target for system miniaturization. The emulsification, diffusion and solvent extraction system was conceived in order to allow the nanocapsules sizing by controlling the flow rate through the device channels. Devices bases its functional principle in the chaotic advection phenomena generated in micromixers with 3D Serpentine geometry. It were developed different devices for emulsification and diffusion tasks. Hydrocortisone Acetate polymeric nanocapsules were obtained for system testing. Experiments showed the viability of controlling nanocapsules sizing by means of total flow rate control through devices. The manufactured system had a minimal total flow rate limit in order to work properly, which was 90 mL/min (150x10-8 m3/s). Experimental testes were carried out up to 348 mL/min (580x10-8 m3/s). This flow rate working region is an order of magnitude higher than other devices already reported in the scientific literature which bases its functioning in micromixers. Generated nanocapsules sizes ranged from 190 nm to 850 nm. For flow rates higher than 240 mL/min (400x10-8 m3/s) polydispersity index were lower than 0,15. 2D½ and 3D hydrodynamic flow focalization devices were projected and manufactured for nanoparticles and nanocapsules generation by nanoprecipitation. A device which uses 2D½ flow focalization consisted in two series stages, the first generates the nanoparticles and the second dries them out. It was observed that as function of the process variables the device had two distinct behaviors, it dries the particles completely or can be used for partial solvent extraction. Rifampicin powder was generated to validate the device functioning. Nanoparticles with minimum sizes in the order of 50 nm were obtained. 3D flow focalization devices were intended to generate nanoparticles and perform a partial solvent extraction in just one step. Hydrocortisone Acetate polymeric nanocapsules were obtained for device validation. Nanocapsules with sizes ranging from 162,2 nm to 310,6 nm and polydispersity index ranging from 0,131 to 0,205 were obtained. It was also obtained solvent extraction efficiencies higher than 60%. During testes total flow rate in the order of 10 mL/min (16,67x10-8 m3/s) sere used. This flow rate is from one to two orders of magnitude higher than total flow rates used by reported devices which uses similar working principles for nanoparticles generation.
 
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Date de Publication
2021-10-27
 
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