Estudo experimental e computacional de eletropermeabilização de tecidos biológicos - Weinert, Rodolfo Lauro (2020)
A eletropermeabilização biológica é um fenômeno de abertura de poros na membrana celular, quando exposta a campos elétricos intensos. Apesar de modelos matemáticos terem sido expostos desde as últimas décadas, ainda são necessários esforços para a obtenção de um modelo que represente do ponto de vista matemático e físico a intensa variação da condutividade do tecido durante a ocorrência desse fenômeno. Esta tese valida um modelo dinâmico para eletropermeabilização de tecidos biológicos, onde foram realizadas simulações computacionais comparadas com resultados experimentais. Para a simulação foram utilizados dois métodos de cálculos: Método do Circuito Equivalente -MCE e Método dos Elementos Finitos -MEF. No MCE foi incluído a dispersão dielétrica presente nos tecidos biológicos. Um eletropermeabilizador capaz de atingir 800 V foi desenvolvido e um sistema de aquisição de dados para salvar os dados de tensão e corrente que circulam pela amostra durante a aplicação de campo elétrico intenso. Para a obtenção dos dados experimentais foram utilizados os seguintes tecidos biológicos: coração, rim e fígado de coelho e o fígado de rato. Foram utilizados protocolos de pulsos de tensão e rampas de tensão. As propriedades do tecido intacto foram obtidos com o uso de um analisador de impedância da Agilent® modelo 4294A. Com o uso do algoritmo genético foram obtidos os parâmetros de dispersão da banda ß do modelo de Cole-Cole. Houve boa concordância entre os resultados simulados e experimentais com erros médios abaixo de 15% para o MCE, com os resultados simulados dentro do desvio padrão experimental. Apenas para o protocolo com frequência fundamental de 50 kHz a simulação realizada pelo MEF sendo utilizado o software comercial COMSOL Multiphysics® não representou de maneira correta a corrente atingindo erros de 50%. A justificativa para o erro encontrado é devido a dispersão dielétrica que não foi incluída no cálculo da corrente nesse simulador. Experimentos para obter o tempo de recuperação dos poros da membrana foram realizados, sendo obtidos valores entre 1 s a 10 s. Conclui-se que o modelo dinâmico da eletropermeabilização para tecidos biológicos apresenta características que permitem a correta simulação computacional do fenômeno nos tecidos utilizados. Assim, o próximo passo é a utilização do presente modelo em aplicações clínicas