Simulación a multiescala de problemas de interacción fluido-estructura, simulación de sistemas coloidales y/o polímeros.

El uso de simulaciones numéricas aplicadas a la industria y la ciencia ha recorrido un largo camino para llegar a abastecer campos como la medicina y el diseño de fármacos, la ciencia de los materiales, la ingeniería química, civil o la industria aeroespacial. 

Las simulaciones han permitido entender muchos fenómenos, mejorar la eficacia en muchos procesos y reducir significativamente los costos de producción industrial ya que permiten disminuir las pruebas experimentales de ensayo y error.

Para estudiar estos fenómenos con exactitud y precisión hace falta disponer de un grupo de expertos en el manejo de las técnicas, así como de los sistemas de computación necesarios que, normalmente, se encuentra fuera del abasto de la mayoría de industrias (petroquímicas, farmacéuticas, de elaboración de plástico, etc.). La UIB, a través de uno de los grupos de investigación, ofrece la experiencia, las técnicas y las herramientas necesarias para tratar algunos de los sistemas más desafiantes desde el punto de vista de la simulación numérica actual:

(1) Simulación de problemas de interacción fluido-estructura, que incluye grandes deformaciones, fluidos incomprensibles y geométricos complejos.

(2) La simulación de fluidos y mesclas de fluidos en general y, en particular, la simulación a multiescala de problemas en que un fluido interactúa con una estructura no trivial (p.e., superficie cubierta por una capa filamentosa, superficie suave con rugosidad, fluidos que contienen partículas suaves deformables como los glóbulos rojos en la sangre, etc.).

(3) La simulación de sistemas coloidales, conocidos como sistemas en los cuales hay un líquido/gas/sólido (la matriz) que contiene elementos sólidos/líquidos/gaseosos. Estas unidades pueden estar cargadas eléctricamente o tener propiedades magnéticas. El grupo de investigación tiene una amplia experiencia en la metodología necesaria para la simulación de estos tipos de sistemas.

(4) La simulación de sistemas poliméricos, que abarcan desde el estudio de proteínas y ADN aislados hasta el estudio de conjuntos de polímeros que forman la matriz de un material de plástico o una estructura polimérica compleja, como pueden ser los cepillos poliméricos o las multicapas de polielectrolitos.

Aplicación práctica

1. Una de las características principales de los microfluidos es la capacidad de generar gradientes de quimioatrayentes a las células. Los quimioatrayentes son sustancias que poseen efecto inductor de la quimiotaxis (fenómeno mediante el cual los organismos dirigen sus movimientos de acuerdo con la concentración de ciertas sustancias químicas en su medio ambiente). Por este motivo, los microfluidos son la herramienta ideal para estudiar ciertas características del comportamiento celular, como la motilidad, la quimiotaxis y/o la capacidad para desarrollar resistencia a los antibióticos.

Los modelos predictivos del comportamiento de estos fluidos pueden ayudar a los investigadores a idear nuevos y mejores generadores de gradientes en lugar de utilizar soluciones analíticas aproximadas.

2. La optofluídica es una integración de la óptica y la microfluídica para obtener información de ambos enfoques. Esta fusión se utiliza, principalmente, en la creación de lentes a partir del uso de fluidos de distintos índices de refracción, lo que permite una reconfiguración dinámica del lente. Además, el flujo de microfluidos permite que esta tecnología se puede integrar fácilmente a los microscopios para obtener resoluciones mejores.

Con la creación de modelos predictivos de este enfoque, se puede simular la hidrodinámica presente en la formación de lentes microfluídicos.

3. Actualmente, se llevan a cabo numerosos estudios con partículas magnéticas relacionadas con el proceso de desintoxicación. En este proceso, se extraen extracorporalmente las toxinas del torrente sanguíneo de pacientes intoxicados. Muchas condiciones clínicas, causadas por diversos patógenos microbianos, se propagan a través del torrente sanguíneo y debilitan las defensas del cuerpo. La tasa de mortalidad de estas patologías aumenta significativamente cada hora que no se les administra el tratamiento correcto. Por este motivo, la eliminación rápida de estas toxinas tiene una importancia vital. Las partículas magnéticas se unirían a las toxinas para facilitar la extracción de la sangre.

En este caso, los modelos predictivos contribuirían a entender y analizar el transporte de estas partículas unidas a las toxinas, lo que sería relevante para esta investigación.

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