Projeto e desenvolvimento de microfermentadores monitorados por sensor de fibra óptica

Autor(es)

Marco César Prado Soares

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica
• Data de defesa: 2020-02-18

Membros da banca

Eric Fujiwara; Marcos Akira D'Avila; Cristiano Monteiro de Barros Cordeiro

• Orientador: Lucimara Gaziola de la Torre; Eric Fujiwara

Resumo

O projeto de dois microfermentadores de perfusão que utilizam membranas com poros de 470 nm e são instrumentados com um sensor de fibra óptica baseado em refletância e espalhamento de luz é apresentado. O projeto é modularizado, com componentes optoeletrônicos fisicamente separados da região de detecção, e sistema fabricado apenas com dispositivos de telecomunicações comerciais (laser 1310 nm, fibras ópticas monomodo, acoplador 2x1 e fotodetector). Quando a luz atinge a interface entre a fibra e o caldo fermentativo, parte dela é refratada e transmitida, e parte é refletida novamente e redirecionada pelo acoplador ao fotodetector. Devido à presença de partículas com diâmetros comparáveis em ordem de grandeza ao comprimento de onda do laser, o fenômeno de espalhamento quase-elástico da luz é observado, e aumenta a dispersão dos dados coletados. Por meio de estatísticas de autocorrelação da intensidade refletida, é possível, então, avaliar a concentração instantânea de células. As fibras são alocadas no interior de microcâmaras por meio de duas estratégias diferentes: inserção por tampa de vidro furada, em dispositivo fabricado a partir da ablação a laser de PDMS laminado; e inserção lateral em dispositivo fabricado pela cura de PDMS sobre moldes obtidos por manufatura aditiva. Embora o segundo caso resulte em menores desvios dimensionais e em maiores pressões suportadas, ocorre um aumento significativo das dificuldades de fabricação e operação, de modo que o primeiro caso é preferível. O uso do primeiro reator de perfusão com sete concentrações diferentes de substrato (2,5 a 30 g/L de sacarose) resultou nos parâmetros cinéticos de Monod KM = 4,1 g/L e ?m = 0,49 h-1, valores que estão concordância tanto com a literatura quanto com o teste de controle tradicional (realizado em paralelo), sendo a presença do crescimento celular no interior dos microdispositivos comprovada por observação ao microscópio óptico. O microfermentador instrumentado consiste, portanto, em um sistema adequado à rápida obtenção de parâmetros cinéticos de crescimento celular (AU)

• Processo FAPESP: 17/20445-8 - Desenvolvimento de sensor de fibra óptica para monitoramento de reflectância e espalhamento de luz para microfluídica aplicada à biotecnologia
• Beneficiário: Marco César Prado Soares
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado