Generación de dispositivo microfluídico in silico y experimental para la obtención de microgotas

Abstract

Los sistemas “Lab-on-a-chip” son sistemas novedosos que prometen la optimización de recursos y el aumento de la productividad de sistemas macros a través de su replicación a micro y nano-escalas. Estos sistemas engloban múltiples áreas disciplinarias, tales como micro y nano fabricación, micro y nano fluidos, micro y nano sistemas, microfluídica, etc. Sus enfoques en el área microfluídica, han aportado grandes avances para la optimización de los sistemas basados en la interacción fluido-fluido y fluidosoluto. Así mismo, su uso en simulaciones numéricas como método de validación previo a su implementación, figura como una doble ventaja de funcionalidad y ahorro de recursos. El presente proyecto de tesis tiene como objetivo el diseñar e implementar un sistema microfluídico generador de microgotas de agua en aceite mineral mediante el uso de métodos computacionales y experimentales con el propósito de optimizar la producción de microgotas con las características deseadas. Para ello, se elaboraron dos diseños microfluidicos, uno tipo “Cruz” y otro tipo “Y” a través del uso de dos herramientas de diseño asistido por computadora, SolidWorks y CorelDraw. Se generaron dos modelos computacionales para cada diseño mediante el uso de la herramienta de simulación numérica “COMSOL Multiphysics”, posteriormente se fabricaron dos dispositivos microfluídicos con los diseños tipo “Cruz” y tipo “Y” utilizando la fotolitografía como método de microfabricación. Los resultados obtenidos en las simulaciones numéricas y en los experimentos realizados en el laboratorio mostraron una relación entre la geometría del dispositivo y su capacidad de formar microgotas. Así mismo, se encontró que el modelo tipo cruz presentó una tendencia lineal entre la velocidad de entrada del agua destilada y la tasa de formación de II microgotas evidenciando una proporción entre velocidad y la tasa de producción de microgotas. Adicionalmente, se encontró que la relación entre velocidades de los fluidos debe ser mayor a tres para producir microgotas. Los resultados obtenidos en ambos métodos sugieren que tanto la geometría de los dispositivos y la velocidad y/o flujo de los fluidos son factores clave para producir microgotas funcionales.