Resumo: |
Do ponto de vista reológico, o sangue é um fluido fora do comum. Entre as suas características, destaca-se o comportamento pseudoplástico, a elasticidade e a reologia dependente da escala. A pseudoplasticidade e a elasticidade atenuam as oscilações de velocidade e tensão de corte decorrentes do ciclo cardíaco. A reologia dependente da escala permite que o sangue se adapte a uma rede capilar em que os diâmetros menores são 1000 vezes mais pequenos que os maiores. O sangue tem que respeitar simultaneamente vários critérios de optimização, de modo a assegurar a distribuição de oxigénio pelos tecidos e a baixa tensão de corte nas paredes dos vasos sanguíneos, e de forma a minimizar o entupimento dos vasos capilares e a sedimentação das células.
Várias características do sangue contribuem para estas propriedades. Os glóbulos vermelhos são células discóides flexíveis com elevada relação área superficial/volume, que agregam e desagregam conforme a tensão de corte, que migram afastando-se das paredes vasos sanguíneos e que mudam de forma conseguindo passar nos capilares mais estreitos. O sangue é uma solução elegante e especializada para um problema concreto, que resulta de milhões de anos de evolução. No entanto, existem problemas semelhantes na indústria e na investigação. O transporte de pequenas partículas em redes hierárquicas de distribuição é um problema comum em engenharia e tecidos, reactores químicos e biológicos e libertação controlada de medicamentos. Para além disso, em determinadas aplicações, é necessário ajustar a reologia de um fluido ao pormenor para resolver problemas de engenharia e investigação. Um exemplo, é o desenvolvimento de análogos de sangue para estudos hemodinâmicos in vitro.
Neste projecto, adopta-se a perspectiva que podem ser encontradas soluções engenhosas para problemas de engenharia imitando as soluções que a selecção natural [1]. O objectivo deste projecto é explorar a gama de possibilidade proporcionada pelos fluidos artificiais b |
Resumo Do ponto de vista reológico, o sangue é um fluido fora do comum. Entre as suas características, destaca-se o comportamento pseudoplástico, a elasticidade e a reologia dependente da escala. A pseudoplasticidade e a elasticidade atenuam as oscilações de velocidade e tensão de corte decorrentes do ciclo cardíaco. A reologia dependente da escala permite que o sangue se adapte a uma rede capilar em que os diâmetros menores são 1000 vezes mais pequenos que os maiores. O sangue tem que respeitar simultaneamente vários critérios de optimização, de modo a assegurar a distribuição de oxigénio pelos tecidos e a baixa tensão de corte nas paredes dos vasos sanguíneos, e de forma a minimizar o entupimento dos vasos capilares e a sedimentação das células.
Várias características do sangue contribuem para estas propriedades. Os glóbulos vermelhos são células discóides flexíveis com elevada relação área superficial/volume, que agregam e desagregam conforme a tensão de corte, que migram afastando-se das paredes vasos sanguíneos e que mudam de forma conseguindo passar nos capilares mais estreitos. O sangue é uma solução elegante e especializada para um problema concreto, que resulta de milhões de anos de evolução. No entanto, existem problemas semelhantes na indústria e na investigação. O transporte de pequenas partículas em redes hierárquicas de distribuição é um problema comum em engenharia e tecidos, reactores químicos e biológicos e libertação controlada de medicamentos. Para além disso, em determinadas aplicações, é necessário ajustar a reologia de um fluido ao pormenor para resolver problemas de engenharia e investigação. Um exemplo, é o desenvolvimento de análogos de sangue para estudos hemodinâmicos in vitro.
Neste projecto, adopta-se a perspectiva que podem ser encontradas soluções engenhosas para problemas de engenharia imitando as soluções que a selecção natural [1]. O objectivo deste projecto é explorar a gama de possibilidade proporcionada pelos fluidos artificiais biomiméticos, bem como de métodos para controlar as suas características. Para além disso, espera-se perceber melhor como as propriedades reológicas de um fluido emergem das interacções dos seus componentes.
Vão ser desenvolvidas suspensões misturando os seguintes componentes: solventes, artículas e aditivos. Os aditivos podem ter dois papéis: modificar as propriedades reológicas do solvente e modificar a adesão entre as partículas. A gama de propriedades a explorar inclui: reologia do solvente, aditivos e forma, dimensões e elasticidade das partículas. Outras propriedades, como a densidade e o índice de refracção das partículas, também podem ter interesse de forma a adaptar o fluido a casos particulares.
Um aspecto crucial do projeto é a produção de micropartículas com propriedades ajustáveis. Aproveita-se a experiência em microfluídica [PP2-PP4, 2, 3] e escoamentos multifásicos [PP1,PP5] da equipa de investigação. Dois métodos de produção de micropartículas são utilizados: a formação de partículas em sistemas microfluídicos a partir de microgotas, e a formação de partículas por fotopolimerização. O primeiro método já foi testado no nosso laboratório com sucesso (ver http://paginas.fe.up.pt/~jmiranda/fluidDesigner/index.html). O segundo é um método muito flexível, permitindo a produção de partículas com a forma de disco, mas requer desenvolvimento experimental. Os fluidos obtidos no projeto serão caracterizados por reómetros e em dispositivos microfluídicos.
O projeto será focado em duas aplicações: desenvolvimento de fluidos análogos ao sangue e desenvolvimento de partículas para o transporte de solutos em redes capilares. A primeira aplicação visa resolver as limitações dos análogos de sangue actualmente utilizados em estudos in vitro. Não existe um análogo com as propriedades reológicas do sangue, em todas as escalas, e com o índice de refracção adequado para estudos de hemodinâmica experimental. A segunda aplicação irá tirar vantagem das partículas desenvolvidas, aplicando-as à libertação controlada de medicamentos. Estes fluidos e partículas poderão ter novas aplicações nos domínios da engenharia de tecidos e da biotecnologia, como transportadores de oxigénio e de medicamentos. A tecnologia desenvolvida estará disponível para exploração comercial e poderá vir a ser a base para um serviço de produção de fluidos artificiais para aplicações especiais.
A equipa de investigação tem experiência em mecânica de fluidos [PP1,PP3,PP5], escoamentos multifásicos [PP1,PP5], transporte de massa [2] e hemodinâmica [PP3, 3, 4]. Além disso, a equipa tem know-how em dinâmica de fluidos computacional, incluindo métodos de partículas. Estes métodos de partículas são atualmente o tema de uma tese de doutoramento que está a ser desenvolvida no grupo de investigação (Bolsa FCT SFRH / BD / 91192/2012). A técnica numérica desenvolvida será usada como uma ferramenta para melhorar e acelerar o design de novas partículas. |