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Title:
MICROFLUIDIC MULTIPROCESSOR DEVICE AND USE THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/077184
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a microfluidic multiprocessor device that differs through the presence of dispensing/metering and recirculation subsystems, having a microfluidic circuit of the mixer type made from a ceramic material, which is structured with channels with consecutive divisions and junctions horizontally and vertically, forming three-dimensional structures that have been structured to generate an efficient mixing of fluids, including those with high viscosity; and to the use of the circuit of the microfluidic micromixer to generate the mixing of products by means of the microfluidic microchannels.

Inventors:
FURTADO OLIVEIRA ALINE (BR)
RICARDO GONGORA RÚBIO MARIO (BR)
LUCIA MORA BEJARANO MARTHA (BR)
BUCCHI ALENCASTRE MOROZ JULIANA (BR)
WASNIEVSKI DA SILVA DE LUCA RAMOS LUCIANA (BR)
FABIOLA ARROTEIA KELEN (BR)
MARINA SOUZA DE OLIVEIRA PAULA (BR)
DONIZETI GERALDINI PATRICIA (BR)
Application Number:
PCT/BR2020/050406
Publication Date:
April 29, 2021
Filing Date:
October 13, 2020
Export Citation:
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Assignee:
INST DE PESQUISAS TECNOLOGICAS DO ESTADO DE SAO PAULO S A IPT (BR)
International Classes:
B01F33/301; B01F25/433; B01F33/80; B01F35/80; B65B1/04; G01J3/46; G06F17/00
Domestic Patent References:
WO2019016600A22019-01-24
Foreign References:
KR20190043725A2019-04-29
KR20040069496A2004-08-06
CN107376750A2017-11-24
CN108854891A2018-11-23
US7111652B22006-09-26
US9007588B12015-04-14
US20030069667A12003-04-10
Other References:
MARGARYTA IANOVSKA: "Microfluidic tools for multidimensional liquid chromatography", 2018, pages 53 - 61
Attorney, Agent or Firm:
DOS SANTOS RAMOS GARCIA, Maisa (BR)
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Claims:
REIVINDICAÇÕES

1. “Aparelho multiprocessador microfluídico” caracterizado por promover a dispensação e recirculação de fluidos, assim como gerar a mistura de fluidos em microcanais compreendendo:

- um subsistema I dedicado para o processo de dispensação/dosagem dos fluidos (A) contendo: pelo menos uma bomba de dispensação/dosagem para cada fluido (A1); eletrónica de controle e software dedicado para o controle da dispensação/dosagem dos volumes dos fluidos pelas bombas (C); computador de controle; pelo menos um reservatório de estoque de cada fluido (A2; A3); tubulações de transporte dos fluidos nos reservatórios de estoque para as bombas (A4), válvula de três vias (A5) e um reservatório de dispensação/recirculação dos fluidos (A6);

- subsistema II recirculador (B), contendo: um reservatório de dispensação/recirculação dos fluidos (A6); tubulações de conexão do reservatório de dispensação/recirculação para a bomba (B1); uma bomba de recirculação (B2); sensor de pressão (B3); suporte de fixação; circuito microfluídico (B3); tubulação para transportar os fluidos da bomba ao circuito microfluídico; tubulações de transporte dos fluidos que circulam pelo circuito microfluídico ao reservatório de dispensação/recirculação contendo pelo menos uma válvula de três vias (B4); tubulação de dispensação dos fluidos no reservatório do produto final (B5) conectada em uma das vias da válvula (B4);

- Suporte para montagem dos subsistemas I e II;

2. “Circuito micromisturador microfluídico”, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por ser estruturado bi ou tridimensionalmente (uma ou mais camadas) e gerar mistura de fluidos nos microcanais, compreendendo: - paredes dos microcanais, as bases de fundo e de tampa do micromisturador (2A) serem formados por folhas de cerâmica recortadas em pelo menos quatro camadas formadoras e submetidas à sinterização;

- estrutura de microcanais tendo pelo menos uma entrada principal e uma saída (2A), que podem opcionalmente conter conexões fluídicas de entrada e saída dos fluidos;

- corpo principal do micromisturador estruturado com canais que tenham pelo menos uma divisão e junção dos canais de forma sequencial (2A), as quais se repetem periodicamente pelo menos uma vez no sentido horizontal e vertical do circuito microfluídico, criando estruturas de canais bi ou tridimensionais, contendo no mínimo duas unidades preferencialmente sete unidades destas estruturas de canais (2B) promovedoras da mistura dos fluidos;

- estrutura de rede de microcanais, que faz a distribuição dos fluidos para pelo menos duas unidades em paralelo de micromisturadores, tendo pelo menos uma entrada principal e uma saída (2B);

- bombas de dispensação, tubulações das conexões fluídicas no circuito de dispensação/dosagem e recirculação;

- Suporte de montagem para fixar as bombas de dispensação, tubulações das conexões fluídicas no sistema de dispensação/dosagem e recirculação;

3. “Aparelho multiprocessador microfluídico”, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por o suporte de montagem ser de material resistente e inerte, ter conexões para o circuito microfluídico e ter pelo menos uma entrada e uma saída conectados ao circuito microfluídico;

4. “Aparelho multiprocessador microfluídico”, de acordo com a reinvindicações 1 e 2, caracterizado por bombas poderem ser do tipo solenoide, engrenagem, diafragma, peristáltica que atuem no processo de dispensação/dosagem e na recirculação dos fluidos pelo multiprocessador microfluídico;

5. “Aparelho multiprocessador microfluídico”, de acordo com as reivindicações 2 e 4, caracterizado por as bombas para dispensação/dosagem dos fluidos serem do tipo solenoide (A1) e a bomba de recirculação ser do tipo de engrenagem (B2); e o suporte de fixação ser construído em aço inox;

6. “Circuito micromisturador microfluídico”, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelos microcanais serem construídos com materiais resistentes à pressão, ser inerte a solventes químicos, resistentes à pressão e temperatura, hidrofílicos e ser reutilizável;

7. “Circuito micromisturador microfluídico”, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelos microcanais serem construídos com folhas de cerâmica verde LTCC ( Low Temperature Co-fired Ceramics ) e/ou HTCC ( High temperatura co-fired ceramics) submetidos a um processo de sinterização por meio de aquecimento térmico;

8. “Circuito micromisturador microfluídico”, de acordo com a reinvindicação 2, caracterizado por ser uma geometria de microcanais configurado de forma tridimensional, tendo pelo menos duas divisões e recombinação nos eixos x, y e z;

9. “Circuito micromisturador microfluídico”, de acordo com a reinvindicação 8, caracterizado por conter uma estrutura de microcanais com pelo menos duas divisões e recombinações em eixos tridimensionais tendo pelo menos duas repetições de cada unidade básica;

10. “Circuito micromisturador microfluídico”, de acordo com a reinvindicação 9, caracterizado por conter uma estrutura de microcanais com sete unidades repetitivas;

11. “Circuito micromisturador microfluídico”, de acordo com a reinvindicação 2, caracterizado por ser composto por microcanais em paralelo, formando uma rede de distribuição de microcanais com velocidade dos fluidos de forma homogénea e reduzida perda de carga entre as unidades de micromisturadores; 12. “Circuito micromisturador microfluídico”, de acordo com a reivindicação 2 ou de 7 a 11 , caracterizado pelas estruturas dos microcanais serem estruturadas em pelo menos quatro camadas, em folhas de cerâmica verde LTCC ( Low Temperature Co-fired Ceramic), serem recortadas em laser de corte, as estruturas dos microcanais serem alinhadas e empilhadas formando os microcanais tridimensionais e com bases de fundo liso e uma tampa com furos para entradas e saída dos fluídos;

13. “Circuito micromisturador microfluídico”, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o conjunto de camadas de folhas de cerâmicas verdes em LTCC ser submetido a um processo de sinterização por meio de aquecimento térmico;

14. “Circuito micromisturador microfluídico”, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o conjunto de camadas de folhas de cerâmicas verdes em LTCC ser submetido a um processo de sinterização térmico;

15. Uso do “Aparelho multiprocessador microfluídico”, de acordo com as reinvindicações 1 e de 3 a 6 caracterizado por ser usado para qualquer processo que seja necessário promover a dispensação e/ou dosagem de fluidos, incluindo um processo de recirculação fluidos, passando por um circuito microfluídico;

16. Uso do “Circuito micromisturador microfluídico” de acordo com as reinvindicações 2 e de 7 a 13 caracterizado por ser usado para qualquer processo que seja necessário promover a mistura de fluidos gerando uma mistura homogénea por meio de recirculações;

17. Uso do “Circuito micromisturador microfluídico”, de acordo com a reinvindicação 15, caracterizado por promover a mistura de fluídos como produtos cosméticos com valores de diferença de tonalidades com os padrões dentro do limite esperado de resolução.

Description:
APARELHO MULTIPROCESSADOR MICROFLUÍDICO E SEU USO

Campo da invenção:

[001] De forma abrangente, a presente invenção se insere no setor de misturas eficientes de fluidos, em especial de higiene pessoal, perfumaria, cosméticos e de microfluídica para produzir produtos higiene pessoal, perfumaria, cosméticos, inclusive produtos personalizados em que seja definida a composição de ingredientes e/ou tonalidade ideal e/ou desejada pelo consumidor. Mais especificamente, a invenção refere-se a um sistema que é formado por um multiprocessador microfluídico, o qual é composto por conjuntos com processo de dispensação de formulação e recirculação de produtos que passam por um circuito microfluídico cerâmico estruturado para gerar a mistura de produtos, gerando assim produtos de forma personalizada. Este multiprocessador microfluídico para mistura de produtos cosméticos é reutilizável, de fácil operação e hermético.

Fundamentos da invenção:

[002] No contexto atual de Indústria 4.0, a indústria tem buscado por soluções e tecnologias inovadoras que permitam a oferta de produtos e serviços conectados a uma experiência personalizada além de economia de custo, tempo e processamento. Nas indústrias de higiene pessoal, perfumaria, corméticos e FMGC ( Fast-Moving Consumer Goods ou Consumer Packaged Goods ) este contexto não é diferente. A preocupação com a personalização é uma tendência e produtos com esta característica já estão disponíveis no mercado, fortalecendo no mercado a filosofia do DIY - ou faça você mesmo.

[003] No que se diz respeito a produtos de higiene pessoal, cremes e soluções podem ser formulados especificamente para o tipo de pele ou cabelo além o tratamento desejado.

[004] Em termos de produtos de beleza e maquiagens, a tonalidade da pele é um fator adicional relevante ao utilizar um determinado produto cosmético.

[005] Neste caso, produtos tonalizantes como a base cosmética, corretivos e protetores solares destacam-se como produtos que tem maior relação com o tom de pele. Em especial, as bases cosméticas devem ser produzidas em cores que possam pigmentar todos os tons de pele, sendo que os tons de pele mais claros podem ser pigmentadas por 7 a 8 cores de bases faciais, enquanto os tons de pele mais escuros são pigmentados em pelo menos 10 a 12 cores de bases diante da vasta variação de tons de pele.

[006] Com isso, as indústrias cosméticas buscam formular bases cosméticas em algumas variações de cores de bases faciais que possam atender as demandas de mercado. Sendo assim, o consumidor precisa se limitar na escolha de uma base cosmética que mais se aproxime da cor que seria ideal para o seu tom de pele.

[007] Assim, a falta de bases cosméticas faciais em cores específicas e individualizadas leva a necessidade de buscar por tecnologias de produção que permita ao consumidor selecionar a cor da base ideal para o seu tom de pele antes da formulação do produto final. Diante disso, nota-se a importância de buscar por tecnologias que permita gerar produtos personalizados e em lotes individuais.

[008] Neste contexto, a microfluídica é uma tecnologia que possibilita aplicar os princípios de processamento rápido e eficaz, mostrando seu potencial para a produção de produtos cosméticos personalizados.

[009] A microfluídica originou-se da necessidade de aperfeiçoar métodos analíticos, gerando resultados mais rápidos e confiáveis. Desde então, a microfluídica tem contribuído com inovações tecnológicas com potenciais aplicações industriais diante da miniaturização de processos que podem ser precisamente controlados e realizados com menor tempo operacional, se comparado com as tecnologias convencionais.

[010] Outra vantagem dos circuitos microfluídicos é a versatilidade em termos de microfabricação e estruturas de microcanais, o que tem deixado esta tecnologia cada vez mais em destaque como uma inovação tecnológica. Os circuitos microfluídicos podem ser construídos com materiais elastoméricos, como o polidimetilsiloxano (PDMS), polimetilmetacrilato (PMMA) e também em cerâmica verde (LTCC, Low Temperature Co-fired Ceramic), sendo que este último apresenta como diferencial a possibilidade de construção de geometrias de microcanais em estruturas tridimensionais e a resistência do material cerâmico permite empregar altas vazões, suportar altas temperaturas e pressões, ser reutilizável e inerte a solventes químicos, o que torna o atrativo para aplicações industriais.

[011] A vasta possibilidade de aplicações é outro fator que contribui para o interesse nesta tecnologia e com isso, diferentes estratégias de circuito microfluídicos têm sido desenvolvidas.

[012] Os circuitos microfluídicos podem ser configurados em microcanais que permitem a geração de gotas, micro e nanopartículas. Há geometrias de microcanais que tem a capacidade de formar gradientes de concentração tanto difusivo como convectivo, e outros que podem gerar a mistura de soluções em microcanais usando sistemas passivos ou ativos com a mesma reprodutibilidade de um processo convencional. Esta diversidade de modelos de sistemas microfluídicos leva a uma ampla margem de aplicações em indústrias químicas, como as farmacêuticas e cosméticas.

[013] No campo de cosméticos e maquiagens, a microfluídica pode ser empregada como uma tecnologia para gerar a mistura dos ingredientes que resultará num produto cosmético homogéneo e na tonalidade desejada pelo consumidor. Desta forma, o circuito microfluídico do tipo micromisturador pode alavancar a indústria de cosmético trazendo inovações no processo de produção de produtos de forma personalizada ou até mesmo a produção de lotes individuais para triagem de novos produtos em fábrica.

[014] As aplicações em microfluídica para área de cosméticos têm sido direcionadas para o desenvolvimento de partículas e/ou componentes que poderiam agregar na formulação de cosméticos; para investigações de processos de emulsão e para ensaios de permeação cutânea. Contudo, tais circuitos microfluídicos apresentam uma abordagem de estudo mais direcionada ao estudo de ingredientes e/ou componentes que poderiam contribuir para formulações cosméticas. Desta forma, os circuitos microfluídicos são estruturados para ensaios de emulsões e formação de partículas e com isso apresentam alguns pontos críticos/problemas técnicos/limitações, dentre as quais se destacam: a não capacidade de gerar mistura de fluidos, inclusive com viscosidades acima de 2000 cP, não suportar altas pressões e temperaturas, não ser reutilizável e não serem empregados para produção de produtos cosméticos.

[015] Alguns dos problemas/limitações/pontos críticos mencionados acima estão apresentados de forma detalhada nos documentos descritos a seguir.

[016] O documento WO201862970 A1 trata de sistema de dispensador integrado com circuito microfluídico para preparação de composição cosmética por meio de emulsificação instantânea produzida pelos microcanais microfluídicos. Diferentemente deste documento de patente, a presente invenção descreve um multiprocessador microfluídico para a mistura de produtos cosméticos em fluxo contínuo e permitir a formulação de produtos personalizados.

[017] O documento KR20150070920 A trata-se de um método de produção de vesículas de microgéis de lipídeos por meio de sistema microfluídico de dupla emulsão. Estas vesículas podem ser aplicadas em composição de cosméticos para reduzir a evaporação e assim melhorar a retenção da umidade na composição do cosmético. A presente invenção se diferencia do documento de patente KR20150070920 A por ser um circuito microfluídico aplicado para processos de misturas de fluidos miscíveis e não para formação de emulsões e/ou micropartículas.

[018] O documento KR20180110257 A trata-se de um aparato para descarregamento de produtos cosméticos personalizados de acordo com as informações dadas pelo consumidor. O diferencial da invenção do circuito de micromisturador microfluídico proposto é o uso de circuito microfluídico para promover a mistura de produtos cosméticos, tendo um processo rápido e eficiente de mistura de fluidos.

[019] O documento US2003/0069667 A1 trata de um sistema para dispensar formulações cosméticas personalizadas. Embora esta tecnologia apresente um sistema de controle microprocessado e dispensador de fluido com misturador, a presente inovação tem como diferencial o uso de um sistema de dispensação baseado em bombas de dosagem e um sistema de recirculação integrado a um circuito microfluídico que promove uma mistura mais eficiente de produtos cosméticos.

[020] O documento KR20050033794 A apresenta um sistema para mistura de líquidos. A invenção compõe reservatórios e sistemas de bombeamento de líquidos, os quais são misturados em microcanais microfluídicos por difusão. A presente inovação se diferencia desta tecnologia principalmente por se tratar de um sistema microfluídico com canais estruturados para gerar mistura de fluidos, inclusive de alta viscosidade, por meio de advecção caótica.

[021] O documento US9007588B1 apresenta um equipamento para produção de produtos cosméticos tendo integrado um instrumento para medição textura e tom de pele do usuário para a formulação de um produto cosmético personalizado por meio de mistura mecânica e um dispensador que usa bombas peristálticas. A presente invenção de diferencia do documento US9007588B1 principalmente por se tratar de um sistema de mistura por microfluídica, aplicado inclusive para fluidos de alta viscosidade, ter um processo de dispensação e recirculação que aumentam a reprodutibilidade e eficiência de mistura para produção de produtos cosméticos personalizados.

Breve descrição da invenção:

[022] A invenção descreve circuito micromisturador microfluídico estruturado para a geração de misturas eficientes de fluidos, em especial de produtos cosméticos.

[023] Mais especificamente, a invenção faz referência a um micromisturador microfluídico (B4) integrado com um circuito de recirculação (B) dos produtos cosméticos, em que o conjunto completo garante a efetiva mistura de produtos cosméticos.

[024] O termo “multiprocessador microfluídico” faz referência ao processo completo de mistura e recirculação, incluindo o sistema do micromisturador microfluídico. O termo “subsistema I” refere-se ao conjunto que compõe a etapa de dosagem dos produtos cosméticos (A). O termo “subsistema II” indica o conjunto que compõe a etapa de recirculação dos produtos cosméticos passando pelo sistema microfluídico (B). O termo “micromisturador” refere-se ao tipo de sistema microfluídico estruturado para desempenhar a função de misturar fluidos dentro dos microcanais (B4).

[025] Em primeiro aspecto, esta invenção consiste em um conceito de mistura de fluidos por circuito microfluídico por meio de um processo de dispensação/dosagem de fluidos (A) e de recirculação integrado ao sistema (B), denominado “multiprocessador microfluídico” (Figura 1), que compreende:

- “subsistema I” refere-se ao processo de dispensação/dosagem dos fluidos (A), contendo: um suporte de montagem; pelo menos uma bomba de dispensação para cada fluido (A1), preferencialmente bomba do tipo solenoide; eletrónica de controle e software dedicado para realizar a dispensação/dosagem dos volumes dos fluidos pelas bombas (C); computador de controle; pelo menos um reservatório para estoque de cada fluido (A2 - A3); tubulações para transporte dos fluidos nos reservatórios de estoque para as bombas (A5) e um reservatório para a dispensação/recirculação dos fluidos (A6)

- “subsistema II” refere-se ao conjunto de recirculação (B), contendo: um reservatório para a dispensação/recirculação dos fluidos (A6); uma bomba para recirculação (B2), preferencialmente uma bomba do tipo de engrenagem; tubulações de conexão do reservatório de dispensação/recirculação para a bomba (B2); sensor de pressão (B3); suporte de fixação; circuito microfluídico (B4); tubulação para transporte dos fluidos da bomba ao circuito microfluídico; tubulações para transporte dos fluidos que circulam pelo circuito microfluídico ao reservatório de dispensação/recirculação (B1) contendo pelo menos uma válvula de três vias (B4); tubulação de saída conectada em uma das vias da válvula para dispensação dos fluidos no reservatório do produto cosmético formulado.

[026] Sendo que:

- pelo menos um suporte de montagem serve para fixar as bombas de dispensação e pode ser feito com materiais em alumínio, aço inox, acrílico ou qualquer outro material que dê sustentação às bombas, sendo fabricados, preferencialmente por usinagem, com materiais de acrílico, alumínio ou aço inoxidável;

- bombas para dispensação/dosagem dos fluidos, que podem ser do tipo solenoide, engrenagem, diafragma e/ou peristáltica, preferencialmente bombas do tipo solenoide e a bomba para recirculação dos fluidos pelo multiprocessador microfluídico podem ser do tipo solenoide, engrenagem, diafragma e/ou peristáltica, preferencialmente do tipo de engrenagens, não se limitando a apenas esta forma de bombeamento;

- software para controlar a dispensação/dosagem dos volumes dos fluidos pelas bombas (C) usando preferencialmente software de instrumentação virtual;

- tubulações (B1) feitas com material resistente e inerte, preferencialmente em aço inox, não se limitando a este tipo de material;

- suporte de fixação para o circuito microfluídico construído preferencialmente em aço inox, sendo possível fabricar em outros materiais que confiram resistência e tenham conexões para o circuito microfluídico, tendo pelo menos uma entrada e uma saída que se conecte ao circuito microfluídico.

[027] Em um segundo aspecto, esta invenção refere-se a um sistema de misturador microfluídico (Figura 2), que compreende:

- uso de materiais resistentes à pressão e temperatura e inertes a solventes químicos, tais como folhas de cerâmica verde recortadas em pelo menos quatro camadas que formam as paredes dos microcanais e as bases de fundo e de tampa do micromisturador permitindo a fabricação de estruturas de canais bi ou tridimensionais (2A);

- corpo principal do micromisturador estruturado com canais que tenham pelo menos uma divisão e junção dos canais de forma sequencial (2A), as quais se repetem periodicamente pelo menos uma vez no sentido horizontal e/ou vertical para termos sentido bidirecional vertical do circuito microfluídico, preferencialmente sentidos vertical e horizontal criando estruturas de canais tridimensionais, contendo preferencialmente sete unidades destas estruturas de canais para promover a mistura dos fluidos;

- estrutura de rede de microcanais (2B), que faz a distribuição dos fluidos para pelo menos duas unidades em paralelo de micromisturadores, tendo pelo menos uma entrada principal e uma saída; sendo que os microcanais devem ser construídos com materiais resistentes à pressão e temperatura para permitir a configuração preferencial de geometrias tridimensionais, preferencialmente usando folhas de cerâmica verde LTCC ( Low Temperature Co-fired Ceramics) e/ou HTCC ( High temperatura co-fired ceramics)

[028] Ainda, a invenção descreve o uso do multiprocessador microfluídico para misturar de fluidos, incluindo produtos cosméticos (3-4). Os fluidos que podem ser empregados no circuito microfluídico incluem produtos cosméticos, como bases cosméticas, hidratantes, cremes, pigmentos de maquiagens, esmaltes ou tintas. Ainda podem ser empregados fluidos para aplicações em indústrias farmacêuticas, de alimentos e tintas.

Breve descrição das figuras:

[029] Para obter uma total e completa visualização do objeto desta invenção, são apresentadas as figuras as quais se faz referência:

[030] A Figura 1 apresenta o desenho esquemático do circuito do micromisturador microfluídico, o qual é composto por bombas de dispensação/dosagem (A); reservatório de recirculação/dispensação (A6); bomba para recirculação (B2); sensor de pressão (B3); circuito microfluídico (B4); válvula de três vias (A4-B5); reservatório de produto final (B6). [031] As Figuras 2A e 2B são desenhos esquemáticos que representam o circuito microfluídico do tipo misturador, em que (2A) é a unidade da geometria de microcanais que usa estruturas tridimensionais com pelo menos duas divisões e junções dos canais e (2B) é a configuração do circuito microfluídico com configuração paralelizada ou bidimensional, configurando uma rede de distribuição de canais para pelo menos duas unidades do micromisturador em paralelo.

[032] A Figura 3 é gráfico que mostra a avaliação da funcionalidade do multiprocessador microfluídico usando técnicas de colorimetria para avaliar o efeito de mistura pela diferença de cor de amostras de produtos cosméticos em cores clara, média e escura com os respectivos padrões. Para isso foi tomado como base o método de Delta E (AEcmc)

[033] A Figura 4 é gráfico que mostra a avaliação da funcionalidade do multiprocessador microfluídico usando técnicas de colorimetria para avaliar o efeito de mistura pela diferença de cor de amostras de produtos cosméticos em cores clara, média e escura (método de Delta E (AEcmc)) em que valores abaixo de 0,5 indicam uma melhor resposta de mistura.

[034] As Figuras 5A até 5I representam a avaliação da diferença de cor por análise visual do processo de mistura, em que as Fig. A até Fig. Fl mostram a avaliação visual da capacidade de mistura do multiprocessador microfluídico usando produtos cosméticos com tonalidades clara, média e escura; e a Fig. 5I mostra a avaliação feita pelo método de Delta E em que a avaliação é feita a partir da medida da distância de cor das tonalidades de bases cosméticas produzidas no circuito do micromisturador microfluídico com seus respectivos padrões.

Descrição detalhada da invenção: [035] A invenção descreve um circuito micromisturador microfluídico, contendo um circuito microfluídico estruturado para gerar, como exemplo, a mistura de produtos cosméticos, construído em material cerâmico que confere resistência ao sistema, sendo de fácil operação e permite a reutilização.

[036] O conceito de multiprocessador microfluídico apresentado por esta invenção mostra como diferencial um sistema de fácil montagem e operação, seguro ao usuário e hermético, evitando assim a contaminação externa, tendo como atividade inventiva as misturas eficientes de fluidos, em especial a sua aplicação em cosméticos.

[037] O multiprocessador microfluídico é composto por dois subsistemas, sendo o subsistema I (A) dedicado para a etapa de dispensação/dosagem de fluidos num reservatório e o subsistema II (B) realiza o processo de recirculação dos fluidos que circulam pelo misturador microfluídico.

[038] O subsistema I (Fig. 2A) do multiprocessador microfluídico apresenta como diferencial a dispensação e dosagem de diferentes produtos, nas concentrações e/ou proporções desejadas, sendo feita a dispensação/dosagem usando bombas do tipo solenoide (A1), não estando limitado a este tipo de bomba, em que o volume desejado de cada fluido é inserido numa plataforma de controle que aciona cada bomba para despejar o volume requerido de cada fluido. Os fluidos são dispensados/dosados num reservatório (A6) que é usado para dispensação e recirculação dos fluidos pelo circuito microfluídico.

[039] O subsistema II (Fig. 2B) que compõe o multiprocessador microfluídico realiza o processo de recirculação dos fluidos que são dispensados/dosados no reservatório de dispensação/recirculação (A6) pelo circuito microfluídico. [040] No subsistema II (Fig. 2B), o volume dos fluidos presentes no reservatório de dispensação/dosagem (A6) é recirculado pelo sistema microfluídico, usando uma bomba para recirculação (B2), a qual pode ser do tipo de engrenagem, e passando pelo circuito microfluídico (B4) para realizar o processo de mistura dos fluidos após vários ciclos de recirculação.

[041] Assim, a presente invenção tem como diferencial o conceito integrado de subsistemas de dispensação/dosagem e recirculação de fluidos que são misturados por meio de um circuito microfluídico do tipo misturador.

[042] Com relação ao circuito microfluídico do tipo misturador (B4), sua geometria é configurada usando o modelo de canais com consecutivas divisões e junções (2A) para gerar a mistura de pelo menos dois fluidos diferentes dentro dos microcanais, isto é, uma geometria de microcanais configurado de forma tridimensional, tendo pelo menos duas divisões e recombinação nos eixos x, y e z, sendo assim caracterizada uma geometria de microcanais original, composto por um sistema paralelizado de microcanais, tendo uma rede de distribuição de microcanais com velocidade dos fluidos de forma homogénea e reduzida perda de carga entre as unidades de micromisturadores.

[043] Assim, circuito microfluídico do tipo misturador revelado no exemplo foi construído em material cerâmico em LTCC e possui como diferencial a presença de estruturas com pelo menos duas unidades de divisão e junção dos canais no sentindo horizontal e vertical, formando estruturas tridimensionais, tendo sete unidades repetidas de forma sequencial.

[044] Além disso, as configurações de geometria de microcanais do misturador do exemplo permite a mistura de diferentes fluidos, inclusive de fluidos tixotrópicos e com viscosidades acima de 2000 cP, não se limitando à apenas estes tipos de fluidos. [045] EXEMPLO DE CONCRETIZAÇÃO DA INVENÇÃO

- as estruturas dos microcanais foram projetadas em quatro camadas.

- as folhas de cerâmica verde em LTCC foram recortadas em laser UV para transferência da geometria dos microcanais;

- cada camada de folhas de cerâmica verde em LTCC, contendo as estruturas dos microcanais, foi alinhada e empilhada formando os microcanais tridimensionais e as bases de fundo liso e uma tampa com orifícios de acesso para entradas e saída dos fluídos;

- o conjunto de camadas de folhas de cerâmicas verdes em LTCC é submetido a um processo de sinterização, que promove a densificação do circuito microfluídico, estruturando os microcanais, por meio de perfil aquecimento térmico preferencialmente usando patamares de temperatura de 450°C e 850°C;

- os orifícios de acesso para entrada e saída de fluidos na tampa do micromisturador podem opcionalmente conter conexões para tubulações para entrada e saída dos fluidos;

- para construção do circuito microfluídico usam-se materiais resistentes à pressão e temperatura e inertes a solventes químicos, preferencialmente cerâmica verde do tipo LTCC;

[046] - O circuito microfluídico é resistente e é reutilizável através de um processo periódico de limpeza e sanitização

Caracterizações operacionais do circuito micromisturador microfluídico:

[047] O circuito micromisturador microfluídico foi caracterizado quanto à capacidade operacional em termos de dispensação/dosagem, vazão e pressão suportadas pelo circuito microfluídico e efeito da mistura de fluidos em função do número de recirculações. [048] Os processos de dispensação e dosagem foram caracterizados em termos de precisão de volume dispensado, usando preferencialmente bombas do tipo solenoide, sendo possível dispensar inclusive fluidos com comportamento reológico tixotrópico com viscosidades acima de 2000 cP, com capacidade de dosagem de dezenas de mililitros.

[049] O processo de mistura e recirculação do multiprocessador microfluídico foi caracterizado com relação à capacidade de vazão e pressão suportada pelo circuito microfluídico.

[050] A capacidade operacional do circuito microfluídico foi avaliada com vazões até 50 mL min 1 , resultando numa pressão de 12 bar, não se limitando a apenas esta relação de vazões e capacidade operacional da bomba.

[051] Além disso, uma avaliação em simulação computacional mostra que a indução da advecção pelo processo de laminação múltipla, causado pela divisão e recombinação das correntes fluídicas mostrou-se mais eficiente para a mistura de bases cosméticas.

[052] O sistema paralelizado utiliza rede de distribuição de microcanais que garantem o controle da magnitude da velocidade nos microcanais e reduzem a perda de carga do sistema. Tal fato garante a mistura das bases cosméticas de forma homogénea em cada unidade de micromisturador microfluídico no sistema paralelizado.

[053] Neste estudo foi avaliado o processo de mistura pelo circuito microfluídico do tipo misturador apresentado nesta invenção, sendo empregados pelo menos sete recirculações do fluido pelo multiprocessador microfluídico. Para isso foram avaliadas três tonalidades de bases cosméticas: sendo uma clara, uma média e outra escura. [054] A análise do efeito de mistura gerado pelo circuito microfluídico foi realizado pelo método de diferença de cor Delta E (AEcmc), em que a cor obtida em cada recirculação do multiprocessador microfluídico foi comparada com método de produção convencional, neste caso método de agitação mecânica, como mostra a Figura 3.

[055] Neste estudo pode-se observar que, a partir da quarta recirculação, o efeito de mistura de bases cosméticas gerou valores de AEcmc próximos ao limite de aceitação de variação de cor entre amostra e o padrão (AEcmc<0,05), atingindo valores dentro do limite de aceitação na sexta recirculação.

[056] Para a tonalidade clara (Bege Translúcido) foram realizadas até sete recirculações, sendo que na sexta recirculação foi obtido um AEcmc de 0,45 ± 0,14, enquanto que para a sétima recirculação foi de 0,26 ± 0,10. Para as tonalidades média (Marrom Claro) e escura (Marrom Médio) os valores de AEcmc para a sexta recirculação foram de 0,61 ± 0,14 e 0,39 ± 0,07, respectivamente.

[057] Os resultados de mistura usando o circuito de misturador microfluídico mostraram a eficiência do sistema para gerar tonalidades de bases cosméticas com cores dentro do limite de aceitação do Delta E (AEcmc).

[058] Neste estudo pode-se observar que o tempo de processo e o efeito mistura usando o sistema paralelizado mostraram ser aplicáveis para uma escala industrial.

[059] Sendo assim, o circuito micromisturador microfluídico foi capaz de gerar uma mistura homogénea de fluidos pelos microcanais, mostrando-se aplicável para produção de produtos personalizados.

[060] Logo, a presente invenção ainda provê o uso do circuito de misturador microfluídico para produção de produtos cosméticos, não se limitando a esta aplicação, de forma individual e ou personalizada com a composição ideal e/ou desejada pelo consumidor.

[061] A inovação e utilização do multiprocessador microfluídico também se atribui ao emprego de um circuito microfluídico com uma geometria de laminação múltipla composta por uma estrutura tridimensional de duplas divisões e paralelizada que leva ao aumento de produção, permitindo a aplicação inclusive em escala industrial.

Aplicação do circuito micromisturador microfluídico para mistura de produtos de bases cosméticas:

[062] Para investigar a viabilidade e reprodutibilidade do processo de mistura usando o circuito micromisturador microfluídico foi avaliada a produção de oito bases cosméticas, em tonalidades claras, médias e escuras, sendo comparadas com os seus respectivos padrões produzidos de forma convencional, como mostrado na Figura 4.

[063] Cada tonalidade de base cosmética foi recirculada por pelo menos seis vezes pelo sistema de recirculação e ao final de cada processamento a tonalidade e homogeneidade das amostras foram analisadas em função da diferença de cor com seus padrões, conforme apresentado Figura 4.

[064] As análises visuais e por colorimetria das misturas de bases cosméticas produzidas pelo circuito de misturador microfluídico mostraram a geração de misturas com cores visualmente homogéneas e a comparação de diferença de cor com os padrões mostraram valores de Delta E dentro do limite estabelecido.

[065] Diante disso, o circuito micromisturador microfluídico proposto, o qual é composto por um processo de dispensação/dosagem e recirculação com circuito microfluídico do tipo misturador, mostrou-se eficiente para gerar a mistura de fluídos e viável para a produção de produtos cosméticos personalizados.