O que é a microfluídica?

Caro leitor, continuando a nossa jornada para entender um pouco mais os conceitos da microfluídica e da engenharia química, venho com mais um texto da série Origens & Fundamentos. O primeiro texto foi sobre o que seria a engenharia química, o qual você pode acessar aqui.  Agora nós iremos filosofar um pouco sobre a definição de microfluídica.

O que é microfluídica?

Assim como ocorreu na definição de engenharia química, essa pergunta também é um pouco difícil. Por exemplo, se pegarmos a definição do Prof. George M. Whitesides da Universidade de Harvard em um artigo publicado na Nature, a microfluídica é definida como a ciência e tecnologia de sistemas que manipulam e estudam pequenas quantidades de fluidos, utilizando estruturas com dimensões de dezenas a centenas de micrômetros (microdispositivos). Eu utilizei essa definição na minha pré-versão final da minha tese, mas não foi uma boa ideia na época. Um dos professores avaliadores diz que essa definição era óbvia como o próprio nome já dizia, microfluídica implica em volume micro. Não sei ainda se essa definição é tão óbvia assim ou se ele estava em um dia ruim mesmo, deixe sua opinião nos comentários.

Então, comecei a procurar outras definições (menos óbvias, kkkk) de microfluídica. No livro Fundamentals and Application of Microfluidics^[1], a microfluídica é definida com a ciência e engenharia de sistemas nos quais o comportamento dos fluidos diferem da teoria convencional de escoamento de fluidos principalmente devido ao reduzido comprimento de escala do sistema. Essa definição é um pouco mais abrangente do que a anterior, pois nos dá uma informação importante sobre o escoamento de fluidos nos microdispositivos. Em escala convencional, nos podemos descrever o comportamento/escoamento dos fluidos em repouso ou em movimento e das leis que regem este comportamento através da mecânica dos fluidos que é desenvolvida desde a época de Issac Newton  (1643–1747)  com as suas leis de movimento e das viscosidades.

Escoamento de óleo vegetal e etanol em microcanal.

A definição dada em [1]  pode passar a impressão que a mecânica dos fluidos convencional não pode ser utilizada para prever o escoamento dos fluidos em microdispositivos. Nós devemos ter cuidado com essa suposição, pois dependendo do caso a mecânica dos fluidos convencional prevê de forma excelente o escoamento de fluidos em microescala. Por exemplo, no meu doutorado eu estudei a síntese de biodiesel em microcanais (i.e., canais com diâmetro hidráulico menor que 1 mm) através de abordagem experimental e numérica. Nas simulações, eu utilizei o software ANSYS CFX. As equações utilizadas pelo CFX são baseadas na escala macroscópica dos fluidos. Utilizando esse software eu consegui reproduzir o escoamento de óleo vegetal e etanol em microcanais com considerável grau de exatidão. Claro que isso nem sempre é verdade, sendo necessário a avaliação caso a caso.

Nos parágrafos anteriores vimos duas definições que nos ajudam a começar a entender o que é microfluídica. Na definição do Prof. Whitesides vimos que a microfluídica lida com a manipulação de pequenos volumes de fluidos em dimensões micro. Em seguida, acrescentamos a essa definição o conceito de teoria de escoamento de fluidos. Agora vamos abranger um pouco mais a definição de microfluídica.

No artigo Application of Microfluidics in Chemical Engineering^[2] do Prof. Roger C. Lo a microfluídica é definida como a ciência e tecnologia que envolve o estudo do comportamento dos fluidos, manipulação controlada de fluidos e o design de dispositivos ou sistemas que possa executar de forma confiável tarefas em microcanais com dimensões típicas de dezenas a centenas de micrômetros. Eu particularmente gosto muito dessa definição, pois junta as definições anteriores com o design de microdispositivos, que é uma parte essencial do trabalho em microescala, principalmente em processos químicos, nos quais o simples scale down (i.e., redução do tamanho da escala) do processo não é uma simples tarefa, já que cada escala tem a sua própria característica. Assim, quando começamos a desenvolver um processo químico na escala de micrômetros, os dispositivos que serão utilizados para essa tarefa tem que ser pensados levando em consideração as características da microfluídica.

Para encerrarmos esse texto, deixo com vocês um vídeo bem legal do site world of microfluidics que explica de forma muito bem humorada o mundo da microfluídica.

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[1] NGUYEN, N-T., WERELEY. S. T. Fundamentals and applications of microfluidics. Boston/London: Publishing House Artech House, 2006.

[2] LO, R. C. Application of Microfluidics in Chemical Engineering. Chemical Engineering & Process Techniques, 1:1002, 2013. Link para o artigo