Estudio de los fenómenos de transporte de masa a escala microscópica, para su aplicación en el diseño de sistemas de liberación modificada del tipo película polimérica

Abstract

En esta investigación se estudiaron los fenómenos de transporte de masa y momento en un dispositivo de dimensiones milimétricas, fabricado con el propósito de recrear un modelo simplificado de cavidad nasal; este dispositivo permite la inserción de una película polimérica y el flujo de un fluido simulado de sangre. La descripción de estos fenómenos se realizó a través del planteamiento de un modelo matemático que fue discretizado con un esquema combinado de diferencias finitas centradas y diferencias finitas hacia atrás, incorporando un método de avance temporal semi-implícito. Para validar el modelo matemático se realizó un experimento que consiste en insertar una película polimérica cargada de rodamina dentro del dispositivo de estudio y se capturan imágenes en un microscopio de fluorescencia a diferentes tiempos; por otro lado, a la salida del dispositivo se recolectan muestras que se cuantifican posteriormente por medio de un espectrofotómetro UV-vis. También, se desarrollaron una serie de experimentos complementarios que retroalimentan la simulación. El resultado de las operaciones computacionales sumado a la estandarización del método de elaboración de películas seleccionado (vertimiento en placa) permitió aplicar bases científicas y matemáticas al diseño de películas poliméricas siguiendo algunos conceptos de la metodología del Diseño Integrado de Producto y Proceso. Gracias a los experimentos y las herramientas computacionales, se plantearon una serie de casos para el análisis de la influencia de parámetros en el desempeño de la liberación de películas poliméricas. (Texto tomado de la fuente).

In the current research, the mass and momentum transport phenomena were studied in a device of millimeter dimensions, manufactured with the purpose of recreating a simplified model of the nasal cavity; this device allows the insertion of a polymeric film and the flow of a simulated blood fluid. Phenomena description was carried out through the approach of a mathematical model that was discretized with a combined centered finite differences and backwards finite differences schemes, incorporating a semi-implicit time advance method. To validate the mathematical model, it was developed an experiment that consists of inserting a rhodamine-loaded polymeric film inside the study device and capturing images in a fluorescence microscope at different times; on the other hand, at the exit of the device, samples are collected and quantified by means of a UV-vis spectrophotometer. Also, a series of complementary experiments were elaborated to feed back the simulation. The results of the computational operations added to the standardization method to produce films (casting) allowed to apply scientific and mathematical bases to polymeric films design following some concepts of the Integrated Product and Process Development methodology. As a result of the experiments and the computational tools, a series of cases were raised for the analysis of the influence of parameters on the release performance of polymeric films.