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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Projeto e desenvolvimento de microfermentadores monitorados por sensor de fibra óptica
Title Alternative: Design and development of microfermentors monitored by optical fiber sensor
Author: Soares, Marco César Prado, 1992-
Advisor: Fujiwara, Eric, 1985-
Abstract: Resumo: O projeto de dois microfermentadores de perfusão que utilizam membranas com poros de 470 nm e são instrumentados com um sensor de fibra óptica baseado em refletância e espalhamento de luz é apresentado. O projeto é modularizado, com componentes optoeletrônicos fisicamente separados da região de detecção, e sistema fabricado apenas com dispositivos de telecomunicações comerciais (laser 1310 nm, fibras ópticas monomodo, acoplador 2x1 e fotodetector). Quando a luz atinge a interface entre a fibra e o caldo fermentativo, parte dela é refratada e transmitida, e parte é refletida novamente e redirecionada pelo acoplador ao fotodetector. Devido à presença de partículas com diâmetros comparáveis em ordem de grandeza ao comprimento de onda do laser, o fenômeno de espalhamento quase-elástico da luz é observado, e aumenta a dispersão dos dados coletados. Por meio de estatísticas de autocorrelação da intensidade refletida, é possível, então, avaliar a concentração instantânea de células. As fibras são alocadas no interior de microcâmaras por meio de duas estratégias diferentes: inserção por tampa de vidro furada, em dispositivo fabricado a partir da ablação a laser de PDMS laminado; e inserção lateral em dispositivo fabricado pela cura de PDMS sobre moldes obtidos por manufatura aditiva. Embora o segundo caso resulte em menores desvios dimensionais e em maiores pressões suportadas, ocorre um aumento significativo das dificuldades de fabricação e operação, de modo que o primeiro caso é preferível. O uso do primeiro reator de perfusão com sete concentrações diferentes de substrato (2,5 a 30 g/L de sacarose) resultou nos parâmetros cinéticos de Monod KM = 4,1 g/L e ?m = 0,49 h-1, valores que estão concordância tanto com a literatura quanto com o teste de controle tradicional (realizado em paralelo), sendo a presença do crescimento celular no interior dos microdispositivos comprovada por observação ao microscópio óptico. O microfermentador instrumentado consiste, portanto, em um sistema adequado à rápida obtenção de parâmetros cinéticos de crescimento celular

Abstract: The design of two perfusion microfermentors which use membranes with pores of 470 nm and are instrumented with an optical fiber sensor based on reflectance and light scattering is presented. The design is modularized, with optoelectronic components physically separated from the detection region, and system fabricated only with commercial telecommunication devices (1310 nm laser, single-mode optical fibers, 2x1 coupler and photodetector). When light reaches the interface between the fiber and the fermentation broth, part of it is refracted and transmitted, and part is reflected back and redirected by the coupler to the photodetector. Due to the presence of particles with diameters comparable in order of magnitude to the laser wavelength, the phenomenon of the quasi-elastic light scattering is observed, and enhances the dispersion of the collected data. Through autocorrelation statistics of the reflected intensity, it is possible, then, to evaluate the instant concentration of cells. The fibers are allocated into the microchambers by two different strategies: insertion through a glass cover with holes, in a device fabricated by laser ablation of laminated PDMS; and lateral insertion into a device fabricated by the cure of PDMS on molds obtained by additive manufacture. Despite the fact that the second case results in lower dimensional deviations and in higher pressure supported, a significant increase on the fabrication and operation difficulties occurs, so the first case is preferable. The use of the first perfusion reactor with seven different substrate concentrations (2,5 to 30 g/L of sucrose) resulted in the Monod kinetic parameters KM = 4,1 g/L e ?m = 0,49 h-1, values that are in agreement with both the literature and the traditional control test (performed in parallel), with the presence of cellular growth inside the microdevices proven by optical microscope observation. The instrumented microfermentor consists, therefore, in a system adequate for the fast obtention of the cellular growth kinetic parameters
Subject: Refletância
Detectores de fibra ótica
Luz - Espalhamento
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: SOARES, Marco César Prado. Projeto e desenvolvimento de microfermentadores monitorados por sensor de fibra óptica. 2020. 1 recurso online (130 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP.
Date Issue: 2020
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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