Resumen de Characterization and modelling of micro and nanofluidic systems
La miniaturización de los análisis químicos y bioquímicos está cada vez utiliza más utilizada. Todas las manipulaciones de transporte de las muestras, la separación, la mezcla con los reactivos y la detección se integren y apliquen a escala de un microchip de varios centímetros de tamaño. Esto hace posible una reducción dramática en las cantidades requeridas de muestra y reactivos, así como en el tiempo del análisis. Además de eso, las operaciones de automatización y de alto rendimiento se vuelven mucho más fáciles que en los entornos convencionales "macro-laboratorio". De acuerdo con el gran interés en el desarrollo de nuevos materiales porosos incluyendo su posterior integración en dispositivos biomédicos y aplicaciones industriales, la descripción de las particularidades de los medios nanoporosos (por ejemplo membranas) y el desarrollo de técnicas de caracterización son cruciales para controlar el comportamiento de los sistemas que incluyen procesos de separación y purificación con dichas tecnologías. En esta tesis se han llevado a cabo diferentes avances en el campo de la microfluídica, la separación y purificación de sustancias: Para el campo de la microfluídica, este estudio puede ser útil para la descripción de las primeras etapas de la polarización en los sistemas microfluídicos que acoplan tecnología de membranas o micro/nano interfaces. Por otro lado, se demostró que para tales sistemas, la teoría de Taylor-Aris es aplicable localmente dentro de microcanales abiertos en una amplia gama de números de Péclet. Además, fue posible derivar una aproximación analítica sencilla para el gradiente de concentración interno dentro de canales largos en términos de sólo unos pocos parámetros, determinados numéricamente. Esta aproximación es útil para desarrollar futuros estudios experimentales. En algunos equipos usados para la medición del potencial zeta de medios porosos, la variación de la altura del canal es técnicamente posible. En esta tesis se muestra que en estas condiciones, el flujo de fluido puede llegar a ser de transición a turbulento y los enfoques convencionales para la interpretación de las mediciones electrocinéticas debe modificarse en consecuencia. Se definió un modelo matemático que permite describir de manera sencilla, fenómenos de transporte que ocurren en diversos procesos de separación osmóticos, para mezclas de electrolitos arbitrarias. El número limitado de parámetros ajustables que contiene este modelo hace factible su determinación inequívoca a partir de un conjunto limitado de datos experimentales. De acuerdo con los resultados de esta tesis, los contactores de membrana con fibras huecas son útiles como etapa de pulido para la eliminación de bajos niveles de amonio en agua. Se ha determinado y validado experimentalmente un modelo matemático el cual ha ayudado a describir la influencia de las condiciones de funcionamiento, tales como flujo, concentraciones de amonio y pH del sistema para ambas configuraciones, de lazo cerrado y abierto. Dichos resultados son útiles para el diseño de sistemas de producción de agua ultra pura que puede ser usada en la producción de hidrogeno por electrolisis. La aplicación de las tecnologías de microfluidos a escala industrial es uno de los principales retos que enfrentar en este campo del conocimiento; sin embargo, existen algunos dispositivos que ya se están utilizando de forma sistemática a nivel industrial para fines de separación que cumplen criterios necesarios para considerarlos dentro del grupo de las tecnologías de microfluídica. Acotando a los resultados presentados en microfluídica, con este trabajo se han establecido patrones y definido conceptos básicos, dentro de este campo de la ciencia, que pueden servir como bases en la caracterización y la descripción de versiones en miniatura de procesos de separación bien conocidos, los cuales se pueden usar para el desarrollo de procesos en nuevas aplicaciones bioquímicas.
