Estudo numérico do escoamento de biofluidos em microcanais por dinâmica molecular

Abstract

A deformabilidade dos glóbulos vermelhos tem sido muito estudada por cientistas, uma vez que é possível concluir se estes se encontram saudáveis analisando o seu comportamento mecânico quando sujeito a solicitações externas. Normalmente, os glóbulos vermelhos conseguem deformar-se consideravelmente sem comprometer a sua integridade. No entanto, quando os glóbulos vermelhos não se encontram saudáveis, têm tendência a apresentarem maior rigidez, não apresentando um comportamento à deformação normal. Tal poderá originar a obstrução de um capilar sanguíneo, podendo levar a complicações de saúde. Assim, este trabalho consiste na simulação por dinâmica molecular de um escoamento de glóbulos vermelhos através de um microcanal e no desenvolvimento de um programa em Python para calcular índices de deformação a partir de resultados de simulações de um escoamento de glóbulos vermelhos. Uma vez obtidos os valores do índice de deformação, é possível retirar conclusões sobre o estado dos glóbulos vermelhos, comparando com valores normais para estes aquando sujeitos a deformações. Posteriormente, é apresentado o código elaborado em linguagem Python responsável pela obtenção dos índices de deformação do glóbulo vermelho ao longo da simulação. Neste trabalho, também é apresentada toda a estrutura deste código tendo como base o processamento de imagem para a obtenção dos resultados. A seguir, foram retiradas as principais conclusões sobre os resultados de simulação, comparando estes com valores obtidos em ensaios experimentais já realizados. Pode-se concluir que o software elaborado permite obter valores do índice de deformação bastante coerentes, comparando com os obtidos experimentalmente. Numa parte final, foi feita uma retrospetiva sobre o trabalho realizado, bem como uma possível continuação deste trabalho em termos futuros.

The deformability of red blood cells has been widely studied by scientists, since it is possible to conclude whether they are healthy by analyzing their mechanical behavior when subjected to external demands. Normally, red blood cells can deform considerably without compromising their integrity. However, when red blood cells are not healthy, they tend to be more rigid, not showing a normal deformation behavior. This can cause a blood capillary to blockage, which can lead to health complications. Thus, this work consists of the molecular dynamics simulation of a red blood cell flow through a microchannel and the development of a Python program to calculate strain indices from simulation results of a red blood cell flow. Once the deformation index values are obtained, it is possible to draw conclusions about the status of red blood cells, comparing them with normal values for these when subjected to deformations. Subsequently, the code developed in Python language responsible for obtaining the red blood cell deformation indexes throughout the simulation is presented. In this work, the entire structure of this code is also presented, based on the image processing to obtain the results. Then, the main conclusions about the simulation results were drawn, comparing these with values obtained in experimental tests already carried out. It can be concluded that the developed software allows to obtain very coherent deformation index values, comparing with those obtained experimentally. In a final part, there was a retrospective on the work carried out, as well as a possible continuation of this work in future terms.