Estudio experimental y numerico de mode- los de imbibicion capilar en microfluıdica en papel

GERLERO, GABRIEL S.; VALDEZ, ANDRÉS R.; URTEAGA, RAÚL; KLER, PABLO A.

Paraná

Congreso; FLUIDOS 2021.XVI Reunion sobre Recientes Avances en Fısica de Fluidos y sus Aplicaciones; 2021

El auge de la microfluı́dica en papel ha impulsado el desarrollo y estudio de dispositivos analı́ti-cos basados en papel. Estos dispositivos altamente portátiles y autocontenidos tienen aplica-ciones en diagnóstico clı́nico, biomedicina, y monitoreo ambiental, entre otros. En la realiza-ción de un ensayo en estos dispositivos, los fluidos se mueven por acción de la capilaridad através del sustrato poroso, el cual puede contener reactivos pre-adsorbidos como nano-partı́cu-las, marcadores, o anticuerpos. Si bien el control de flujo en estos dispositivos ha sido estudiadoprincipalmente con un enfoque empı́rico, la aparición de dispositivos cada vez más complejosha expuesto la necesidad de contar con modelos de flujo más generales y precisos. De hecho, elmodelado matemático del flujo capilar en estos dispositivos en general implica la consideración5las condiciones de flujo no saturado, las cuales son particularmente difı́ciles de modelar. Eneste trabajo, proponemos un análisis objetivo sobre la factibilidad del uso de diferentes modelospara representar la imbibición de fluidos en sustratos porosos empleados en dispositivos de mi-crofluı́dica en papel. En primer lugar, se obtienen datos experimentales a través de ensayos deimbibición en papel en condiciones controladas. Luego, se evalúan las predicciones de diferentesmodelos de imbibición en su capacidad de reproducción aproximada de los datos experimen-tales. Para este proceso de optimización, consideramos tanto modelos actualmente empleadospara modelar flujo en medios porosos en general, ası́ como un modelo matemático simplificadode imbibición de construcción propia, surgido de la comparación entre el comportamiento delos modelos existentes con las observaciones experimentales. Las predicciones de los modelos seobtuvieron mediante el uso de un programa numérico especializado, el cual fue empleado porprimera vez en un caso de optimización y mostró gran eficacia y eficiencia. De este estudio sur-gen medidas cuantitativas de la aptitud de los diferentes modelos para representar imbibiciónen papel?con los conjuntos de mejores parámetros de cada uno?incluyendo un análisis depropagación de incertidumbres. Con los resultados de este trabajo, nuestra intención es proveera la comunidad de la microfluı́dica basada en papel nuevas y mejores herramientas de modeladode flujo de imbibición en régimen no-saturado para mejorar los diseños y desempeño de estosdispositivos.