Conce§£o de um dispositivo de micro-cromatografia ... iii Bianca Catarina de Sousa Pires Relat³rio

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  • Bianca Catarina de Sousa Pires

    Relatrio Final do Trabalho de Projeto apresentado

    Escola Superior de Tecnologia e Gesto

    Instituto Politcnico de Bragana

    para obteno do grau Mestre em

    Tecnologia Biomdica

    Outubro de 2012

    Conceo de um dispositivo de

    micro-cromatografia hidrodinmica

    para separao de clulas sanguneas

    e visualizao do mecanismo

    de separao

  • ii

  • iii

    Bianca Catarina de Sousa Pires

    Relatrio Final do Trabalho de Projeto apresentado

    Escola Superior de Tecnologia e Gesto

    Instituto Politcnico de Bragana

    para obteno do grau Mestre em

    Tecnologia Biomdica

    Orientadores:

    Doutor Ricardo Dias

    Doutor Rui Lima

    Doutor Antnio Ribeiro

    Este Trabalho de Projeto dissertao no inclui as crticas e sugestes feitas

    pelo jri.

    Outubro de 2012

    Conceo de um dispositivo de

    micro-cromatografia hidrodinmica para

    separao de clulas sanguneas e

    visualizao do mecanismo de separao

  • iv

  • v

    AGRADECIMENTOS

    A realizao desta dissertao no teria sido concluda sem o apoio, o incentivo e a colabo-

    rao daqueles que estiveram presentes ao longo da sua execuo, s quais quero deixar um

    sincero agradecimento. Primeiramente quero agradecer aos orientadores deste projeto:

    - ao Prof. Dr. Ricardo Dias, pelos ensinamentos e explicaes transmitidos, pela orientao

    ao longo deste trabalho de projeto, e tambm pela disponibilidade e pacincia;

    - ao Prof. Dr. Rui Lima, pelas sugestes e contribuies na realizao do trabalho prtico.

    Gostaria de deixar tambm um agradecimento especial professora Prof. Dr. Teresa

    Correia da Escola Superior Agrria e Prof. Dr. Carina Rodrigues da Escola Superior de

    Sade, que sempre se mostraram disponveis tanto para a requisio de material, como na

    troca de informao.

    Prof. Tcnica de Laboratrio Maria Joo, assim como colega Diana Pinho pela assis-

    tncia, apoio tcnico, e pacincia que me prestaram nos laboratrios.

    minha famlia, em especial minha me a quem dedico esta dissertao, por todo o

    apoio, dedicao e carinho.

    Ao meu namorado pelo amor, pacincia que teve para comigo, e pelas dicas muitas vezes

    teis.

    A todos os professores e colegas, a todos que de alguma forma conviveram comigo nes-

    tes dois anos de mestrado, no apenas pelas horas de trabalho, mas tambm pelos momentos

    de descontrao e boa disposio.

    Gostaria tambm de agradecer o apoio da FCT (Fundao para a Cincia e Tecnologia),

    do QREN, da Unio Europeia (FEDER) e do programa COMPETE, no mbito dos projetos

    PTDC/SAU-BEB/105650/2008, PTDC/SAU-BEB/1087280/2008, PTDC/SAU-EME-

    MFE/099109/2008, e PTDC/SAU-ENB/116929/2010.

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    RESUMO

    As clulas que compem o sangue apresentam tamanhos diferentes. Estudos anteriores re-

    velam que esta diferena de tamanhos leva a diferentes velocidades de migrao das diferen-

    tes clulas em canais com dimetros prximos das arterolas. Este trabalho teve como intuito

    o estudo das velocidades de migrao de glbulos vermelhos (GVs) numa rede de canais for-

    mados por empacotamentos de esferas de vidro, este mtodo conhecido por cromatografia

    hidrodinmica.

    Para tal procedeu-se ao empacotamento de vrias colunas tubulares com esferas de vidro

    de diferentes dimetros. Foram feitos 5 empacotamentos nos quais os dimetros mdios das

    esferas eram , , , e . Para cada coluna empacotada fez-se passar

    no seu interior uma suspenso de GVs de ovelha em soro fisiolgico (1% em volume de

    GVs), do qual se retirou o tempo de residncia dos GVs para diferentes caudais:

    a . Repetiu-se este procedimento para uma soluo de sacarose a uma concen-

    trao de , tambm para os mesmos caudais, de forma a permitir o clculo dos RRTs (a

    razo entre o tempo de residncia dos GVs e o tempo de residncia da sacarose), sendo estes

    valores menores que um na esmagadora maioria dos casos.

    Os valores obtidos para os RRTs sugerem que alguns dos empacotamentos desenvolvidos

    podem ser utilizados para separar GVs de molculas dissolvidas no sangue (como as prote-

    nas), com dimenses da ordem de grandeza da sacarose, dado que os GVs se movem mais

    rapidamente no interior das colunas empacotadas do que molculas dissolvidas de menor di-

    menso que os GVs. Determinou-se por microscopia que o dimetro dos GVs de ovelha era

    cerca de .

    Por fim, para haver uma maior perceo do fluxo sanguneo no interior das colunas empa-

    cotadas produziram-se alguns microcanais em polidimetilsiloxano com caractersticas apro-

    ximadas s colunas empacotadas, onde se observou a formao de camadas livres de clulas e

    zonas de estagnao (em diferentes regies dos microcanais). O primeiro fenmeno conduz a

    um aumento da velocidade de migrao dos GVs enquanto o segundo conduz retardao dos

    GVs.

    Palavras chave: Glbulos Vermelhos (GVs); RRT; Cromatografia hidrodinmica (HDC);

    Microcanais.

  • viii

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    ABSTRACT

    The cells that comprise the blood have different sizes. Previous studies have shown that

    this size difference can lead to different rates of migration of the cells in channels with diame-

    ters of the arterioles. This work aimed to study the migration velocities of red blood cells

    (GVs) through channels formed by the packing of glass beads, this method is known by hy-

    drodynamic chromatography.

    For this, different chromatographic columns were packed with glass beads of different di-

    ameters. Five packings were made for which the mean diameters of the spheres were ,

    , , and . A suspension of GVs from sheep in physiological saline

    (with 1% Hct) was passed inside each packed column and the residence time of the GVs was

    calculated for different flow rates: to . This procedure was repeated

    for a sucrose solution at a concentration of 1g/l to allow the calculation of RRTs (the ratio

    between the residence time of the GVs and residence time of sucrose), this values being infe-

    rior to one in the majority of the experiments. With the values obtained for the RRTs it was

    concluded that some of the developed packed columns can be used to separate the GVs from

    small molecules dissolved in the blood plasma (such as proteins), with dimensions of the or-

    der of magnitude of sucrose, since the GVs migrate faster through the packed columns than

    molecules smaller than them. Using a microscope it was possible to calculate the diameter of

    the GVs (around ).

    Finally, to have a greater perception of blood flow within the packed columns, it were pro-

    duced microchannels constituted by polydimethylsiloxane with characteristics approximating

    the packed columns and it was possible to observe the formation of cell-free layers and zones

    of stagnation (at different regions of the microchannels). The former effect leads to the in-

    crease of the GVs velocities while the second one has an opposite influence in the GVs veloc-

    ities.

    Keywords: Red Blood Cells (GVs); RRT; Hydrodynamic Chromatography (HDC); Micro-

    channels.

  • x

  • xi

    CONTEDO

    Agradecimentos .......................................................................................................................... v

    Resumo ..................................................................................................................................... vii

    Abstract ..................................................................................................................................... ix

    Lista de Figuras ........................................................................................................................ xv

    Lista de Tabelas ...................................................................................................................... xvii

    Lista de Abreviaturas .............................................................................................................. xix

    Captulo 1- Introduo ............................................................................................................... 1

    1.1 Objetivo ............................................................................................................................ 1

    1.2 Estrutura do relatrio ........................................................................................................ 2

    Captulo 2 Reviso da Literatura ............................................................................................. 3

    2.1 Mecnica dos Fluidos ....................................................................................................... 3

    Resistncia Hidrulica ................................................................................................ 5 2.1.1

    Fluxo Turbulento ........................................................................................................ 7 2.1.2

    2.2 Cromatografia Hidrodinmica .......................................................................................... 8

    Captulo 3 - Microcirculao .................................................................................................... 15

    3.1 Sistema circulatrio ........................................................................................................ 15

    3.1.1 Os capilares ............