Optimización de los procesos de separación en muestras de interés biotecnológico en microdispositivos

Abstract

The work of this doctoral thesis, has focused on the numerical, experimental analysis of the separation processes optimization in micro-nano-biotechnology interest fluids. Specifically, we have determined the thermophysical and transport properties of biological and nanofluidic mixtures. The results obtained have been used to optimize the separation process for extraction application of the DMSO employed as cryoprotectant from previously cryopreserved cells through the application of temperature gradients. On the other hand, a microdevice for selective extraction of peripheral blood surrounding tumor cells by means of ultrasonic technology it has developed. Using numerical analysis, the geometric parameters and the ideal boundary conditions to achieve a separation efficiency suitable for clinical application have been identified. Finally, we have designed, built and validated a new termogravitacional installation formed by a microcolumn with the aim of analyzing biological fluids. The analysis system developed, to determine the transport properties in the new microcolumn, has been purely optic.

Doktoretza tesi honetan aurrera eramandako lana, interes mikro-nano-bioteknologikoa duten fluidoen banaketa prozesuaren analisi numeriko eta esperimentalean oinarritu da. Zehatzago azalduz, nahaste biologiko eta nanofluidikoen ezaugarri termofisikoak eta garraiagarritasuna zehaztu dira. Ikerketa honetatik lortutako emaitzak, aldez aurretik kriogenizatutako zelulen krioprotektore moduan erabilitako DMSOaren erauzketari dagokion banaketa prozesuaren optimizaziorako erabili dira, tenperatura gradienteak aplikatuz. Bestalde, teknologia ultrasonikoaz baliatuz, odol periferikoko zelula tumoral zirkundateen erauzketa selektiborako mikrodispositibo bat garatu da. Analisi numerikoaren bitartez, aplikazio klinikorako egokia den banaketa eraginkorra lortzeko parametro geometriko eta inguruneko baldintza aproposak identifikatu dira. Azkenik, mikrokolumna batez osatutako instalazio termograbitazional berri bat diseinatu, eraiki eta balioztatu da fluido biologikoak aztertzeko helburuarekin. Mikrokolumnan berrian garraiagarritasuna propietateak zehazteko sortutako analisi sistema, guztiz optikoa izan da.

El trabajo de esta tesis doctoral, se ha centrado en el análisis numérico, experimental sobre la optimización de los procesos de separación en fluidos de interés micro-nano-biotecnológico. En concreto, se han determinado las propiedades termofísicas y de transporte en mezclas biológicas y nanofluídicas. Los resultados obtenidos han sido utilizados para optimizar el proceso de separación hacia la aplicación de la extracción del DMSO utilizado como crioprotector de células previamente criogenizadas, mediante la aplicación de gradientes de temperatura. Por otro lado, se ha desarrollado un microdispositivo para la extracción selectiva, mediante la tecnología ultrasónica de células tumorales circundantes en sangre periférica. El análisis numérico ha permitido identificar los parámetros geométricos y las condiciones de contorno idóneas para lograr una eficiencia de separación apta para la aplicación clínica. Finalmente, se ha diseñado, construido y validado una nueva instalación termogravitacional formada por una microcolumna con el fin de analizar fluidos biológicos. El sistema de análisis elaborado para determinar las propiedades de transporte en la nueva microcolumna, ha sido puramente óptico.