Hemo-Networks - Experimental and computational investigations of the factors influencing blood flow in microvascular networks.

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Red blood cell dispersion in 100 μm glass capillaries: the temperature effect

Publication . Pinho, Diana; Pereira, Ana I.; Lima, Rui A.; Ishikawa, Takuji; Imai, Yohsuke; Yamaguchi, Takami

The rheological behaviour of the red blood cells (RBCs) flowing in microvessels and microchannels depend on several effects, such as hematocrit (Hct), geometry, and temperature. Previous in vitro studies have measured the Hct effect on the radial dispersion (Dyy) at both diluted and concentrated suspensions of RBCs. However, according to our knowledge the effect of the temperature on RBC Dyy was never studied. Hence, the main purpose of the present work is to investigate the effect of the temperature on the RBC Dyy. In vitro human blood was pumped through a 100 μm glass capillary and by using a confocal micro-PTV system the RBC Dyy was calculated at two different temperatures, i.e., 25ºC and 37ºC.

2010Conference object

Open access

Genetic algorithm and particle swarm optimization combined with powell method

Publication . Bento, David; Pinho, Diana; Pereira, Ana I.; Lima, Rui A.

In recent years, the population algorithms are becoming increasingly robust and easy to use, based on Darwin’s Theory of Evolution, perform a search for the best solution around a population that will progress according to several generations. This paper present variants of hybrid genetic algorithm - Genetic Algorithm and a bio-inspired hybrid algorithm - Particle Swarm Optimization, both combined with the local method - Powell Method. The developed methods were tested with twelve test functions from unconstrained optimization context.

2013Conference object

Restricted access

Estudo experimental de escoamentos fisiológicos em microcanais fabricados por xurografia

Publication . Pinto, Elmano; Lima, Rui A.; Garcia, Valdemar; Dias, Ricardo P.

Este projecto de mestrado em Tecnologia Biomédica é de natureza experimental e possui como principais pontos de interesse a fabricação de microcanais em polidimetilsiloxano (PDMS) a baixo custo e a visualização do escoamento no interior dos microcanais produzidos. Constituem como principais objectivos deste projecto a fabricação de microcanais em PDMS com recurso a tecnologias aplicadas à indústria gráfica e efectuar a sua validação. Propôs-se desenvolver/melhorar uma metodologia de microfabricação de baixo custo, conhecida por xurografia, efectuar a visualização e quantificação de vários fenómenos associados ao escoamento sanguíneo em microcanais. A técnica desenvolvida neste projecto possui como referencia a litografia suave, que por sua vez é a técnica mais utilizada na área da microfabricação. No entanto esta técnica é muito dispendiosa e requer uma sala limpa. Devido à inexistência de uma sala limpa no Instituto Politécnico de Bragança, neste trabalho foi utilizada uma plotter de corte e diversos materiais utilizados na indústria gráfica (vinil, papel adesivo, entre outros) para a produção de um molde e microcanais em PDMS. As geometrias utilizadas para o estudo possuíam larguras com dimensões a variar entre os 150μm e os 1000μm. Estas possuíam ramificações com zonas de bifurcações e consequentes zonas de confluências. Apos a fabricação dos microcanais procedeu-se ao estudo do escoamento de fluidos fisiológicos nesses microcanais. Os fluidos fisiológicos utilizados foram sangue ovino com percentagens de hematócrito entre 1% e 15% em dextrano 40. Foram também testados caudais variáveis entre 5 e 15μL/min. Procedeu-se à visualização do escoamento dos fluidos utilizando um sistema de microscópica e captaram-se várias imagens dos microcanais, nomeadamente antes da bifurcação e depois da confluência. As imagens foram tratadas num software informático, quantificando a espessura da camada livre de células formada junto das paredes e a jusante da confluência. Os resultados obtidos demonstram que a técnica designada por xurografia pode ser utilizada para estudar vários fenómenos fisiológicos existentes na microcirculação. This project of the master's degree in Biomedical Technology is an experimental work and includes as the principal interests the fabrication of microchannels of polydimethylsiloxane (PDMS) at low cost and the ability to study blood flow phenomena within the microchannels produced. The main objective of this project is to fabricate microchannels in PDMS using the technologies applied to the printing industry and validation of their performance. It has been proposed to develop/improve a low cost method of microfabrication, to acquire know how about xurography and to visualize and quantify several physiological phenomena associated with blood flow in microchannels. The technique used as a reference in this project was soft lithography, which is the most used technique in the field of microfabrication. However this technique is very expensive and requires a clean room. Due to the lack of a clean room at the Polytechnic Institute of Bragança, a cutting plotter and various materials used in the printing industry (technique known as xurography) were used to produce the molds and the correspondent microchannels in PDMS. The geometries used in this study had widths with dimensions ranging from 150μm up to 1000μm. These channels had ramifications with bifurcations and confluences regions. After the fabrication of the microchannel the physiological fluid flow in these microchannels were studied. The physiologic fluids used were sheep blood with dextran 40 of which hematocrit percentages were between 1% and 15%. The flow rates varying between 5 and 15μL/min were also tested. The fluid flows were visualized using a microscopic system and captured images of the various microchannels, including especially before the bifurcation and after the confluence. The images were processed with a computer software to quantify the thickness of the cell free layer formed adjacent to the microchannel walls and downstream of the confluence. The results demonstrate that the technique known as xurography can be applied to investigate blood flow phenomena happening in microcirculation.

2012Master thesis

Open access

Visualization of the cell-free layer (CFL) in a PDMS microchannel with a micro-stenosis

Publication . Pinho, Diana; Yaginuma, Tomoko; Faustino, Vera; Pinto, Elmano; Rodrigues, Raquel Oliveira; Cidre, Diana; Pereira, Ana I.; Lima, Rui A.

Red blood cells (RBCs) have a tendency to undergo axial migration due to the parabolic velocity profile which results in a high shear stress around wall that forces the RBC to move towards the center induced by the tank treading motion of the RBC membrane. As a result there is a formation of cell-free layer (CFL) with extremely low concentration of cells. Based on this phenomenon several works have proposed microfluidic designs to separate the suspending physiological fluid from whole in vitro blood. However, most of these studies have the aim of the complete extraction of cells from plasma which is not the case of the present study. The biomedical device that is present in this work aims to obtain a CFL with a low enough RBC propose a combination of image analysis techniques able to measure automatically the CFL thickness before and after micro-stenosis is used.

2013Book part

Open access

Estudo de várias propriedades mecânicas do polidimetilsiloxano (PDMS) usado em dispositivos biomédicos

Publication . Moreira, Núria Renata Pinheiro; Lima, Rui A.; Silva, Lucas F.M. da

Esta tese de mestrado foi elaborada no âmbito da aquisição do grau de mestre em Tecnologia Biomédica- Biomecânica e Reabilitação, tendo como objetivo principal a caraterização mecânica do polidimetilsiloxano (PDMS) usado em dispositivos biomé-dicos. Ao longo deste trabalho foram efetuados diversos ensaios mecânicos nomeada-mente de tração e adesão de forma a obter valores de tensão, módulo de elasticidade, deformação assim como de tensão de corte, força máxima e deslocamento. Para além destes ensaios foi testada uma aplicação do PDMS, neste caso no âmbito da biomicro-fluidica, sendo que o objetivo principal foi a medição da pressão máxima que os micro-dispositivos propostos neste trabalho conseguem atingir durante o escoamento de um fluidos Newtoniano. Inicialmente projetou-se duas geometrias diferentes em AutoCad que foram im-pressas em vinil com o auxílio da técnica de microfabricação conhecida por xurografia. Após a fabricação dos microcanais foi montado um sistema que consiste na ligação do microcanal a uma bomba de seringa para controlar o escoamento do fluido e um trans-dutor de pressão para realizar a medição da queda de pressão, estando estes ligados a um software que possibilitou a obtenção dos dados em formato digital. Este sistema experimental possibilitou testar a pressão máxima que o microcanal consegue aguentar devido à pressão exercida pelo fluido. Os resultados obtidos demonstram que o PDMS é um material bastante versátil e que pode ser aplicado em diversas circunstâncias devido às diversas vantagens que apresenta.

2013Master thesis

Open access