Sistemas microfluídicos cerâmicos para miniaturização de processos químicos aplicados à fabricação de nanopartículas.

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Houari Cobas Gomez
• Orientador(a): Antonio Carlos Seabra
• Banca de defesa: Kleber Lanigra Guimarães, Ana Rita de Araujo Nogueira, Cyro Ketzer Saul, Lucimara Gaziola de la Torre
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade de São Paulo
• Programa de Pós-Graduação: Engenharia Elétrica
• País: BR
• Link de acesso: https://doi.org/10.11606/T.3.2016.tde-27102021-135832

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.