Modelo spice de una válvula basada en hidrogel sensible a la temperatura para aplicaciones microfluídicas

MURGA, JULIAN; GOY, CARLA B; MADRID, ROSSANA E.; KLER, PABLO A.

San Luis

Congreso; XVII Reunión sobre Recientes Avances en Física de Fluidos y sus Aplicaciones: Fluídos 2023; 2023

El control preciso de fluidos en la microescala resulta esencial para diversas apli-caciones, particularmente este trabajo se enfoca en aplicaciones asociadas a la dosi-ficación y liberación controlada de drogas y agentes terapéuticos. En este contexto,se presenta un estudio sobre una microválvula sensible a la temperatura fabricada enun chip de PDMS. La microválvula utiliza un hidrogel basado en PNIPAM (poli(N-isopropilacrilamida)), cuyas propiedades de expansión y contracción con cambios detemperatura permiten el control de flujo.La fabricación de la microválvula implica polimerizar el hidrogel PNIPAM e in-sertarlo en la cavidad del chip de PDMS, que luego se coloca sobre un portaobjetosy se sella mediante pizas mariposa que ejercen presión mecánica, asegurando unajuste hermético. El chip se fabrica produciendo un negativo mediante impresión3D que se adhiere a la base de una placa de petri, formando un molde, para luegovolcar y curar el PDMS sobre dicho molde.Para entender y optimizar el comportamiento de la microválvula, se desarrolló unmodelo de simulación en la plataforma Qucs (Quite Universal Circuit Simulator),compuesto por tres módulos: térmico, mecánico e hidráulico.El módulo térmico considera la fuente de calor (hot plate), las resistividadestérmicas del PDMS, vidrio y PNIPAM, así como sus capacidades calóricas. Estosvalores se escalan según las propiedades físicas y dimensiones de cada componente.En esta etapa inicial, el modelo no considera el flujo de agua circulante.El módulo mecánico tiene en cuenta la compliancia y el coeficiente de fricción delhidrogel PNIPAM, empleando valores extraídos de bibliografía reciente y permiteacoplar el campo de temperatura con las deformaciones viscoelásticas del hidrogelpara determinar finalmente las áreas de paso de fluido que condicionan el módulohidráulico.El módulo hidráulico incorpora ecuaciones no lineales, que acoplan la presiónaplicada al circuito con la resistencia hidráulica equivalente variable con el volumen