Efeito de padrões de escoamento sobre o particionamento de biomoléculas (proteína e ampicilina) em sistemas aquosos bifásicos (SABs) empregando microsistemas

dc.contributor.advisorSouza, Domingos Fabiano de Santana
dc.contributor.advisor-co1Padilha, Carlos Eduardo de Araújo
dc.contributor.advisor-co1IDpt_BR
dc.contributor.advisorIDpt_BR
dc.contributor.authorPedro, Marcelo da Silva
dc.contributor.authorIDpt_BR
dc.contributor.referees1Santos, Everaldo Silvino dos
dc.contributor.referees1IDpt_BR
dc.contributor.referees2Ruiz, Juan Alberto Chavez
dc.contributor.referees2IDpt_BR
dc.contributor.referees3Padilha, Liana Franco
dc.contributor.referees3IDpt_BR
dc.date.accessioned2020-06-04T22:48:37Z
dc.date.available2020-06-04T22:48:37Z
dc.date.issued2020-02-20
dc.description.abstractProtein separation is a complex process which involves an expensive sequence of steps. In this work, a microsystem was built to separate standard proteins using the liquidliquid extraction technique through an aqueous two-phase system (ATPS) of salt and polymer. The ATPS was formed by the mixture of the polymer polyethyleneglycol – PEG (25% w/w), potassium phosphate (10% w/w), and distilled water (65% w/w). The microsystem channels present diameters of 0.51mm, 1.14 mm and 1.8 mm. The total flow range was from 20 to 700 μL/min. Initially, flow patterns were determined using ATPS composed of PEG/phosphate with different polymer molecular masses (PEG 1500, PEG 4000 and PEG 6000) and silicone minichannels with circular geometry positioned in a senoidal form and with a 1.8 mm diameter. As expected, the gradual increase of the liquid flow allowed to reach the following flow patterns in sequence: slug flow, droplet flow and parallel flow. For the systems formed by PEG 4000/phosphate and PEG 6000/phosphate, the elevated viscosity prevented the occurence of the parallel flow. Next, was studied the effect of the flow patterns over the recovery of albumin from the bovine serum – BSA and ampicillin – for the three flow patterns was obtained in the PEG 1500/dibasic potassium phosphate at the residence times of 3, 5 and 10 min in the 1.8 mm minichannel. In this condition, the highest BSA recovery efficiencies were obtained in 10 min of residence time, with the droplet regime providing the greatest recovery rate. However, in the recovery of a smaller molecule (ampicillin), whose molar mass is 349 g/mol, it was not possible to observe significant differences between the flow patterns for the same residence time. Experiments of recovery of BSA were also done using a 1.14 mm minichannel and a 0.510 mm microchannel employing a droplet flow pattern and residence times of 3, 5 and 10 min, respectively. The reduction in the channel diameter and the increase of residence times had positive effect in the extraction efficiency and the maximum efficiency value obtained was 69% for the 0.510 mm microchannel and 10 min residence time. Furthermore, the flow pattern and scale reduction had a positive effect on the volumetric mass transfer coefficient (𝐾𝐿𝑎), with maximum values being obtained for the droplet pattern and 0.510 mm microchannel.pt_BR
dc.description.resumoA separação de proteínas é um processo complexo que envolve uma sequência dispendiosa de etapas. Nesse trabalho, um microsistema foi construído para separar proteína modelo utilizando a técnica de extração líquido-líquido através de sistema aquoso bifásico (SAB) de polímero e sal. O SAB foi formado pela mistura do polímero polietilenoglicol-PEG (25% m/m), fosfato de potássio (10% m/m) e água destilada (65% m/m). Os canais do microsistema apresentam diâmetros de 0,51 mm, 1,14 mm e 1,8 mm. A faixa de vazões total foi de 20 a 700 μL/min. Inicialmente, os padrões de fluxo foram determinados usando SAB composto por PEG/fosfato com diferentes massas moleculares de polímero (PEG 1500, PEG 4000 e PEG 6000) e minicanais de silicone com geometria circular disposto na forma senoidal e diâmetro de 1,8 mm. Conforme esperado, um aumento gradativo de vazão de líquido possibilitou alcançar, em sequência, os seguintes padrões de fluxo: fluxo slug, gotículas e paralelo. Para os sistemas formados por PEG 4000/fostato e PEG 6000/fostato, a elavada viscosidade impediu a ocorrência do padrão de fluxo paralelo. Em seguida, foi estudado o efeito dos padrões de fluxo sobre a recuperação da proteína albumina do soro bovino (do inglês bovine serum albumin-BSA) e ampicilina para os três padrões de fluxo obtido no sistema PEG1500/fosfato de potássio dibásico nos tempos de residência de 3, 5 e 10 min no minicanal de 1,8 mm. Nessa condição, as maiores eficiências de recuperação de BSA foram obtidas em tempo de residência de 10 min, sendo o regime de gotículas o que proporcionou maior pecentual de recuperação. Entretanto, na recuperação de uma molécula menor (ampicilina), cuja massa molar é 349 g/mol, não foi possível observar diferenças significativas entre os padrões de fluxo para o mesmo tempo de residência. Ensaios de recuperação para a proteína modelo BSA foram também realizados utilizando um minicanal de 1,14 mm e microcanal de 0,510 mm, padrão de fluxo de gotículas e tempos de residência de 3, 5 e 10 min, respectivamente. A redução do diâmetro dos canais e o aumento dos tempos de residência apresentaram um efeito positivo na eficiência de extração, onde o valor máximo de eficiência obtido foi 69% para o microcanal 0,510 mm e tempo de residência de 10 min. Além disso, o padrão de fluxo e a redução de escala tiveram efeito positivo para o coeficiente volumétrico de transferência de massa (𝐾𝐿𝑎), com valores máximos sendo obtidos para o regime de gotículas e microcanal 0,510 mm.pt_BR
dc.identifier.citationPEDRO, Marcelo da Silva. Efeito de padrões de escoamento sobre o particionamento de biomoléculas (proteína e ampicilina) em sistemas aquosos bifásicos (SABs) empregando microsistemas. 2020. 82f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2020.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/29160
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectBSApt_BR
dc.subjectExtração líquido-líquidopt_BR
dc.subjectPadrão de fluxopt_BR
dc.subjectMicrodispositivopt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICApt_BR
dc.titleEfeito de padrões de escoamento sobre o particionamento de biomoléculas (proteína e ampicilina) em sistemas aquosos bifásicos (SABs) empregando microsistemaspt_BR
dc.title.alternativeEffect of flow patterns on the partitioning of biomolecules (protein and ampicillin) in aqueous two-phase systems (ATPS) using microsystemspt_BR
dc.typemasterThesispt_BR

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