Study of instability and breakup of high viscous capillary jets to produce monodisperse size-controlled microparticles

Resumen

Este trabajo describe el desarrollo, análisis y caracterización de una técnica de producción de micropartículas monodispersas en el intervalo de 300 a 600 micrómetros a partir de la ruptura controlada de chorros laminares de polímeros de media-alta viscosidad, de 0.450 a 3.0 Pa·s, para el uso de las mismas en campos biomédicos y farmacéuticos. Para ello se requiere de una técnica no dañina hacia principios activos de naturaleza biológica y materiales de formación de las partículas biocompatibles y resistentes como para poder ser, por ejemplo, implantados en el interior del organismo. Así se emplea una técnica de vibración de boquilla y sal sódica de ácido algínico como material encapsulante, que solidifica en contacto con cationes polivalentes, permitiendo la generación de partículas sólidas a partir de gotas líquidas que se ponen en contacto con una disolución que contenga el catión polivalente adecuado. En este trabajo se describe: 1. El diseño del equipo experimental, consistente en un sistema de presurización capaz de impulsar el polímero de alta viscosidad a través de una boquilla capilar (aproximadamente de 150 micrómetros de diámetro) que se encuentra instalada en un sistema comercial de vibración de boquilla. 2. Estudios preliminares y de caracterización de comportamiento del dispositivo experimental, con el estudio del efecto de la viscosidad y caudal en el tamaño y forma de las micropartículas. 3. Obtención de expresiones semiempíricas para la predicción del tamaño de partícula a partir de la teoría del mecanismo de onda. 4. Caracterización reológica de las muestras poliméricas en flujo de cizalla simple, con medidas constantes y dinámicas, y flujo extensional uniaxial. 5. Modelo matemático a parir de un análisis lineal temporal para la obtención de una ecuación de dispersión considerando un modelo constitutivo viscoelástico de forma que prediga las condiciones óptimas de ruptura en términos de monodispersión. 6. Estudios computacionales preliminares combinando modelos Volume of Fluid y Level Set para hacer el seguimiento de la interfase en perturbación. Las microcápsulas obtenidas has sido empleadas en una aplicación para la prevención de una complicación en el proceso de revascularización tras neumonectomías con resultados satisfactorios hasta el momento.