ESTADO DA ARTE

A tecnologia emergente da microencapsulação apresenta diversas potencialidades. Esta técnica

permite a criação de diferentes tipos de materiais, com qualidades apenas possíveis através da

manipulação de nanopartículas, através das quais se produz nano emulsões ou até de nano

encapsulações. As diferentes vantagens deste método permitem a adaptação às diferentes

industriais como: a farmacêutica; cosmética; alimentícia, entre outras. (MICROFLUIDICS, 2018)

Assim este projeto visa aplicar o conceito de microencapsulação num dispositivo

totalmente automático, encapsulando um agente químico prejudicial para a saúde humana.

Atualmente não existe um dispositivo que produza o mesmo tipo de microcápsulas previstas no

projeto ECOBOND, mas existem diferentes métodos e processos para a encapsulação dos

diferentes reagentes.

A NISCO, empresa de produção de sistemas de encapsulação, desenvolve e investiga

diferentes formas de produção de MCs

5

. A empresa foca-se em entender quais são os

componentes necessários para se produzir os diferentes tipos de microcápsulas, e logo

apresente um sistema de produção adaptado às necessidades do consumidor. Assim a Figura

4, representa um sistema similar ao desenvolvido pelo projeto ECOBOND sendo a

microencapsulação processada através de vibração magnética, o que não acontece no processo

do Ecobond. O componente em detalhe na Figura é o responsável pela criação de MCs que

variam de 0.2/1.5mm de diâmetro. Este componente produz várias microcápsulas em simultâneo

devido aos seus trinta orifícios em aço inoxidável. (NISCO, 2018)

5

MCs é a abreviatura utilizada na área da Química para microcápsulas.

Então é importante perceber quais são os componentes utilizados nos diferentes

dispositivos, pois só assim se poderá perceber quais serão as melhores soluções de

equipamentos a adquirir. Também para se conseguir atribuir pontos de referência entre os

diferentes métodos de produção de microcápsulas. Como se prevê que o produto a desenvolver,

será de pesquisa laboratorial as suas dimensões devem ser reduzidas de modo a facilitar o

processamento das MCs. A pesquisa deverá incidir nos dispositivos similares reconhecendo

atributos como o tipo de material dos componentes, as dimensões, o peso, métodos de fixação

dos componentes bem como todas as outras qualidades intrínsecas que facilitem a utilização

dos mesmos.

No âmbito da microencapsulação encontramos produtos muito satisfatórios, como

representados nas Figuras 5, que apresentam preocupações com a interação homem-máquina,

eficiência do material e ainda um sentido estético característico dos produtos laboratoriais. O

BUCHI ENCAPSULATOR é um dispositivo de produção de MCs, através de um jato de

“fluxo-laminar”, que através da vibração mecânica origina microcápsulas homogéneas. (BUCHI)

Quanto às especificações do ENCAPSULATOR B-390 apresenta dimensões gerais de

320x340x290mm e chega a pesar 7kg, este é composto maioritariamente por aço inoxidável e

Poliacetal (termoplástico que apresenta características como: alta rigidez, baixo atrito e excelente

estabilidade). O ENCAPSULATOR B-395, muito similar ao seu antecessor, apresenta dimensões

de 320x480x380mm e 11kg de peso. A nível de materiais são os mesmos que o B-390,

possuindo ainda diferentes acessórios onde são utilizados, polímeros (PTFE), silicone, vidro

borossilicato e ainda borrachas (EPDM) e plásticos diversos. (BUCHI)

Ambos os produtos apresentam um botão ON/OFF e uma válvula para ajustar a pressão

do ar. O B-390 dispõe de apenas ecrã tátil, que permite ao utilizador controlar todos os

parâmetros do dispositivo. No caso do B-395 estas informações são distribuídas por dois ecrãs,

pois este tem mais funcionalidades que o seu antecessor. Aqui podem ser utilizados dois fluidos

diferentes para a produção de microcápsulas. (BUCHI)

De forma esquematizada a Figura 6, atribui uma numeração às diferentes etapas do

processo de produção de MCs, demonstrando o processo de funcionamento do Encapsulator

B-395. Sendo evidente, para o estudo, perceber todo o processo de funcionamento para se

identificar as affordances já existentes nesta categoria de produtos.

O número 1 e 2 correspondem à fase de criação da emulsão, que por sua vez através

do uso de uma seringa especializada será depositada no canal responsável pela formação de

gotículas (representado pelo número 3).

Consequentemente dá-se a formação das MCs (4) que devido ao fluxo-laminar (5)

irrompem pelo tanque de reação (reaction vessel) numa cadeia de gotículas dispersas. O número

6, representa um conjunto de Leds verticais que permitem a monotorização constante da

formação das MCs (de extrema importância para se perceber a que velocidade estas serão

processadas).

Na última etapa, que corresponde à cura das microcápsulas (7), é percetível a formação

e amadurecimento das MCs devido à transparência do tanque de reação. A última etapa (8)

corresponde ao armazenamento das microcápsulas, pois este tanque de reação possui um

compartimento amovível, o que facilita a remoção do produto final.

Por sua vez, a Cellena

6

comercializa um dispositivo portátil de microencapsulação usado

para diferentes aplicações na área da bio encapsulação. Portable Cellena® é um dispositivo

produz partículas de tamanho uniforme controlável devido aos diferentes “nebulizers” (Figura 7

em detalhe), que são os responsáveis pela formação das microcápsulas. (SELECTEDSCIENCE, 2018)

Os “nebulizers” são peças descartáveis que visam garantir que a redução de detritos nos canais

internos para que as MCs sejam homogéneas e uniformes. O bombeamento de fluido deve-se a

uma seringa perfusora (syringe pump) que administra pequenas quantidades de fluidos para o

“nebulizers”, através de um motor de passo, de modo a produzir microcápsulas. (CELLENA, 2018)

As dimensões gerais do produto são 410x360x104mm (c x l x a) e pesa 7kg o que torna

o dispositivo versátil na medida em que pode ser facilmente transportável. Com este produto é

possível a produção desde pequenas emulsões até grandes volumes. Devido ao software do

dispositivo é possível o controlo dos diferentes parâmetros da produção de MCs através de um

painel de controlo intuitivo, onde é possível alterar diferentes parâmetros das microcápsulas.

(CELLENA, 2018)

Por fim a empresa “BRACE GMBH”, muito conceituada na produção de MCs, apresenta

o dispositivo de microencapsulação SPHERISATOR M (Figura 8). Este dispositivo é capaz de

providenciar grandes quantidades de MCs, mas também é indicado para pequenos testes pois a

capacidade de produção varia entre 500ml e 5L. Trata-se de um processo continuo de produção

industrial e é possível a obtenção de microesferas e microcápsulas. De acordo com o site da

empresa (BRACE, s.d.) este dispositivo tem uma interface fácil e intuitiva e possível um grande

controlo dos parâmetros de produção. O desenvolvimento deste produto teve especial foco na

6

Cellena é uma divisão da empresa Ingeniatrics Technologies que se dedica à engenharia microfluídica

para aplicações tecnológicas.

facilidade de manutenção, para que seja possível trabalhar não só no laboratório como em

infraestruturas não especializadas. (BRACE, s.d.) Ainda neste equipamento, como possui múltiplas

cabeças de formação de gotículas incorporadas, é possível variar o diâmetro das MCs, podendo

estabelecer microcápsulas com diversos reagentes. (Opara, 2016)

As elações que se retiram dos exemplos supracitados podem ser sintetizadas de modo

a clarificar a sua importância. A nível de interação, a maioria, apresenta uma interação simples

e intuitiva, o que aumenta a eficiência do utilizador. Os BUCHI ENCAPSULATOR apresentam o

tipo de interação desejada para o tipo de produto a desenvolver, pelo facto de conseguirem

rentabilizar o espaço do visor sem comprometer a informação.

Como a comparação dos produtos pares pode não ser suficiente para uma boa análise

dos diferentes atributos necessários para a produção de um dispositivo desta categoria iremos

estender a pesquisa a produtos que pertençam indiretamente ao âmbito da produção de MCs.

Assim a Figura 9 representa um dispositivo de destilação semiautomático da marca

BUCHI. Este destaca-se pela disposição dos diferentes componentes, sendo que os mais

importantes estão na frente do dispositivo, permitindo o constante controlo e observação do

processo. A transparência dos diferentes componentes também é um fator crucial para atribuir

maior funcionalidade ao dispositivo. É também relevante o modo como se inserem os recipientes

para se iniciar o processo. A tubagem que fica no interior dos recipientes, está sempre fixa e é

usado um sistema de garras para manter a posição dos recetáculos estável. Este sistema

garante um maior aproveitamento dos fluidos, permitindo aos sensores uma maior precisão na

medição dos volumes, pois o recipiente está sempre num estático. As dimensões gerais do

dispositivo são de 405x660x400mm e o peso 22kg, utiliza diferentes tipos de materiais como

vidro borossilicato, silicone, aço inoxidável entre outros. (BUCHI, 2018)

A BUCHI apresenta ainda um dispositivo de evaporação de fluidos Mini Spray Dryer B-290

(Figura 10)e o princípio de funcionamento deste baseia-se na junção de dois fluidos em conjunto

com gás comprido, para tornar líquidos em pó. Os componentes principais são a bomba

peristáltica, e o componente responsável pela mistura das soluções. Assim são formadas

gotículas, para que através da evaporação ocorra a transformação do líquido em pó. O ecrã

permite controlar as mais diversas funcionalidades como a temperatura dos fluidos a velocidade

dos caudais entre outras. Também é possível o constante acompanhamento do processo de

secagem dos fluidos, devido à intencionalidade de criar um sistema, quase inteiramente,

transparente. Neste produto podem-se obter microcápsulas em dispersão líquida ou em forma

de pó. (BUCHI ) As dimensões gerais deste produto são 65x110x70 cm, e 46kg de peso total. Os

materiais utilizados são essencialmente vidro borossilicato, tubagens de silicone, aço inoxidável

e ainda borrachas e plásticos diversos. (BUCHI )

Figura 9 | KJELFLEX K-360, recetáculos (BUCHI,2018).

Como foram previamente analisados dispositivos pertencentes à área da

microencapsulação, fica a seguir, um breve levantamento de produtos laboratoriais com

características relevantes (Figura 11).

Aqui estão representados três equipamentos com diferentes funcionalidades, mas

pertencentes à categoria laboratorial. Assinalado com o número 1, temos o exemplo de um

dispositivo de decomposição celular de amostras. Este exemplo surge pela sua tipologia

simplificada, intuitiva e minimalista. A característica mais relevante prende-se com o método de

abertura deste equipamento.

Sinalizado com o número 2, encontramos novamente um dispositivo de amostras onde

a caraterística em destaque é o método de abertura. Também a sua morfologia é especialmente

relevante para a tipologia de produto pretendida pelo projeto.

Por fim, representado com o número 3, encontra-se um dispositivo médico da CyFox.

Este é compartimentado de forma harmoniosa, e serve de exemplo como uma boa solução de

eficiência na utilização do espaço interior do produto.

A pesquisa relativa ao estado da arte deverá ser constante no decorrer do estudo, de

forma a que se esteja a desenvolver uma solução inovadora e útil pois o produto deverá

corresponder às exigências atuais do mercado.

1

2

3

No documento DESIGN E DESENVOLVIMENTO DE UM DISPOSITIVO LABORATORIAL PARA MICROENCAPSULAÇÃO (páginas 36-43)