Embed Size (px)
Citation preview
ANÁLISE DE UM IPMC UTILIZADO COMO ATUADOR EM UMA PROPOSTA
DE MICROBOMBA PARA TRATAMENTO DE GLAUCOMA
Júlio César Lobo de Souza
Projeto de Graduação apresentado ao curso de
Engenharia Mecânica da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte
dos requisitos necessários à obtenção do título de
Engenheiro
Orientador: Fernando Pereira Duda
Rio de Janeiro
Setembro 2017
i
ii
Lobo de Souza, Júlio César
Análise de um ipmc utilizado como atuador em uma
proposta de microbomba para tratamento de glaucoma/ Júlio César
Lobo de Souza. – Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Poltécnica, 2017.
X, 47 p.55: il.25: 29,7 cm.
Orientador: Fernando Pereira Duda
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/
Curso de Engenharia Mecânica, 2017.
Referências Bibliográficas: p.45-47
1. IPMCs. 2. Glaucoma. 3. Aplicações
biomecânicas. I. Duda, Fernando Pereira. II. Universidade
Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de
Engenharia Mecânica. III. Análise de um IPMC utilizado
como atuador em uma proposta de microbomba para
tratamento de glaucoma
iii
À minha mãe
iv
Agradecimentos
Acredito que a condição humana seja fortemente definida pela troca de experiências.
Sendo assim, é impossível chegar ao fim de uma etapa e não refletir sobre quem foram as
pessoas importantes pelas conquistas do caminho. Fica aqui registrado um agradecimento
especial a algumas delas.
À minha mãe, minha maior incentivadora e responsável pelo meu sucesso. Ainda que
o conhecimento que acumulo seja cada vez maior, as maiores lições aprendidas na minha
vida serão sempre as suas virtudes e amor. Sem sua paciência e carinho, eu não seria o homem
que sou.
Ao professor Fernando Duda, por me oferecer a chance de realizar esse projeto e pela
sua orientação. Duda é um dos professores que terei orgulho de chamar de mestre ao longo
da vida, não só pelo seu conhecimento e aulas de qualidade, mas pelo seu interesse e cuidado
com os alunos ao longo dos anos.
Aos amigos conquistados na graduação, em especial os grandes engenheiros Rafaell
Caldas, Pedro Gruzman, Daniel Cipriano, Sudá de Andrade, Rodrigo Metne, Bernardo
Cassar, João Barreto, Pedro Caetano e Rodrigo Sudá. Minha jornada nesse curso é definida
pelos momentos que compartilhamos e sinto que não teria chegado ao fim sem sua força e
companheirismo.
Aos amigos que fiz no intercâmbio. Os poucos momentos que vivemos foram intensos
em aprendizado e companheirismo. Marcela Bondim, Bruno Assis, Juliana Martins, Marcos
Magnus, Silvia Moraes, Abdullah Chikh, Clóvis Bona, George Hambling, Eduardo Backes
e muitos outros lads e birds de Liverpool: nossas memórias serão sempre guardadas com
imenso carinho.
Ao corpo docente de toda a escola politécnica da UFRJ, do Instituto de Matemática e
Instituto de Física, pela qualidade do ensino oferecido, assim como às equipes técnicas e
administrativas, por se dedicarem a manter a universidade, superando grandes dificuldades.
Muito obrigado.
v
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte
dos requisitos necessários à obtenção de Grau de Engenheiro Mecânico
ANÁLISE DE UM IPMC UTILIZADO COMO ATUADOR EM UMA PROPOSTA
DE MICROBOMBA PARA TRATAMENTO DE GLAUCOMA
Júlio César Lobo de Souza
Setembro/2017
Orientador: Fernando Pereira Duda
Curso: Engenharia Mecânica
Os IPMCs são parte de um grupo de materiais conhecidos como materiais inteligentes
que apresentam características como grande deformação em relação ao tamanho, baixa
voltagem de atuação, peso reduzido e biocompatibilidade, sendo um material importante nos
avanços em aplicações biomédicas. Uma dessas aplicações é um implante oftalmológico de
microbomba com o objetivo de reduzir o humor aquoso intraocular. O aumento de pressão
devido a problemas no escoamento do humor aquoso é reconhecido como o principal fator
de risco do glaucoma. Nesse estudo, a partir de um design simplificado, simulamos uma
microbomba para auxiliar nesse escoamento, com uma câmara e dois atuadores. Os
resultados encontrados evidenciam que a microbomba de IPMC possui potencial para ser
utilizada nesse contexto.
Palavras Chave: IPMC, Glaucoma, microbomba, elementos finitos, simulação,
COMSOL
vi
Abstract of Project presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Engineer of Science (M.Sc.)
INVESTIGATION AND FINDINGS FOR AN IPMC-ACTUATED MICROPUMP
CONSIDERED FOR GLAUCOMA TREATMENT
Júlio César Lobo de Souza
September/2017
Advisor: Fernando Pereira Duda
Department: Mechanical Engineering
IPMC are part of a group of novelty materials known as smart materials which has
characteristics such as large deformation, low actuation voltage, low weight and
biocompatibility, making it relevant on the forefront of biomechanical application
innovation. One of these applications is a ophthalmologic implant, based on a micropump
with an IPMC actuator, to help the outflow of aqueous humour from the anterior chamber of
the eye. High pressure inside the eye due to outflow problems is the main risk factor known
of glaucoma, a group of eye diseases. In this study, a micropump is design and simulations
are run on COMSOL to check its validity for this application. From the results obtained, the
IPMC micropump is shown to be a valid alternative of treatment
Keywords: IPMC, Glaucoma, Micropump, Comsol, Simulation
vii
Sumário
Agradecimentos .......................................................................................................... iv
Sumário ...................................................................................................................... vii
Lista de Figuras ........................................................................................................ viii
Lista de Quadros ......................................................................................................... x
Capítulo 1 - Introdução ............................................................................................. 1
1.1 Objetivos e estrutura do trabalho .................................................................... 3
Capítulo 2 - IPMC ....................................................................................................... 4
2.1 Composição .................................................................................................... 4
2.2 Comportamento mecânico do IPMC .............................................................. 5
2.3 Modelo teórico ................................................................................................ 7
2.4 IPMC e microbombas ................................................................................... 10
2.5 Aplicações Biomédicas................................................................................. 13
Capítulo 3 - Glaucoma .............................................................................................. 16
3.1 Anatomia do olho ......................................................................................... 16
3.2 Glaucoma ...................................................................................................... 19
3.3 Opções de tratamento ................................................................................... 22
3.3.1 Colírios ..................................................................................................... 23
3.3.2 Trabeculectomia ....................................................................................... 23
3.3.3 Trabeculoplastia laser ............................................................................... 25
3.3.4 Dispositivos de filtragem de glaucoma .................................................... 25
3.4 Produção e escoamento de líquido do olho .................................................. 27
Capítulo 4 - Proposta de microbomba .................................................................... 29
4.1 Método computacional ................................................................................. 30
4.2 Resultados e discussão ................................................................................. 31
Capítulo 5 - Conclusão .............................................................................................. 40
viii
Referências bibliográficas ........................................................................................ 42
Lista de Figuras
Figura 1 - Esquema representando um IPMC num estado neutro (acima) e sob a atuação
de uma voltagem (abaixo) ...................................................................................................... 6
Figura 2 – Esquema representando a capacidade sensorial de um IPMC, ao sofrer uma
deformação ............................................................................................................................. 7
Figura 3 - Posicionamento de tiras de IPMC numa luva de auxílio............................ 13
Figura 4 Esquema demosntrando a atuação do coletor de IPMC e representação dos
elementos do aparelho .......................................................................................................... 14
Figura 5 - Representação esquemática do stent de IPMC em 3 momentos: (a)
expandido; (b) estado inicial e (c) contraído ........................................................................ 15
Figura 6 – Anatomia do olho com alguns elementos delineados (em inglês). Retirada
de Willoughby ...................................................................................................................... 17
Figura 7 – A) Representação do fluxo de humor aquoso na câmara anterior do olho.
B) Detalhe da saída de líquido pelos dois caminhos considerados ...................................... 18
Figura 8 – A) Anatomia saudável do disco ótico, localizado na base da córnea. B)
Anatomia na presença da doença.......................................................................................... 20
Figura 9 – A) Representação do glaucoma de ângulo aberto. B) Representação do
glaucoma de ângulo fechado ................................................................................................ 21
Figura 10 – Esquema representando o princípio de uma trabeulectomia e a formação
de uma bolha filtrante ........................................................................................................... 24
Figura 11 – Esquema representando um dispositivo de filtragem de glaucoma
implantado ............................................................................................................................ 26
Figura 12 – Representação do modelo utilizado no COMSOL para simulação ......... 30
Figura 13 – Malha utilizada ........................................................................................ 32
Figura 14 – Deformação para 0.2V, t=1s .................................................................... 33
Figura 15 – Velocidade para 0.2V, t=1s ..................................................................... 33
Figura 16 – Curvas de pressão para 0.2V, t=1s .......................................................... 33
Figura 17 – Deformação para 0.4V, t=1s .................................................................... 34
Figura 18 – Velocidade para V= 0.4V, t=1s ............................................................... 34
ix
Figura 19 – Curvas de pressão para V = 0.4V, t=1s ................................................... 35
Figura 20 – Curva de pressão para 0.6V, t=1s (Modo de recarga) ............................. 35
Figura 21 – Deformação para 0.6V, t=1s (Modo de Recarga) .................................... 36
Figura 22 – Velocidade para 0.6V, t=1s ..................................................................... 36
Figura 23 – Velocidade para 1V, t=0.115s ................................................................. 37
Figura 24 – Gráfico da velocidade instantânea máxima do fluido em relação a voltagem
de atuação ............................................................................................................................. 37
Figura 25 – Taxa de líquido expelido em relação a voltagem de atuação .................. 38
x
Lista de Quadros
Quadro 1 – Características de exemplos de microbombas para diferentes atuadores. 11
Quadro 2 – Fluxo encontrado para algumas microbombas de IPMC ......................... 12
Quadro 3 – Características do olho e humor aquoso................................................... 18
Quadro 4 – Parâmetros utilizados na simulação ......................................................... 31
1
Capítulo 1 - Introdução
Materiais inteligentes (Smart Materials) são aqueles capazes de garantir a um sistema
a habilidade de atingir uma resposta (BOGUE, 2014). São capazes de diferentes
comportamentos, como autosensbilidade, mudança de forma e auto-atuação, ao receberem
estímulos de diferentes naturezas: mudança na temperatura e variação de campo magnético
ou elétrico ao seu redor, por exemplo (SHAHINPOOR, 2016). São utilizados por sua
capacidade de aumentar funcionalidade, extensão da vida útil e capacidade de miniaturização
de sistemas.
Com o aumento de pesquisas nessa área, novas tecnologias vão sendo descobertas.
Entre as tecnologias mais recentes, estão os polímeros eletroativos (EAP, do inglês electro-
active polymers).
Existem dois tipos de EAPs: os eletrônicos, cujo mecanismo de funcionamento é
baseado em interações entre forças de Coulomb, como dielétricas e piezoelétricas. Esses
polímeros fornecem maiores forças, necessitando de maiores voltagens de atuação; e iônicos,
que possuem a difusão de íons entre eletrodos como seu mecanismo de deformação. Existem
diferentes tipos de EAPs iônicos, como géis poliméricos e Compósitos iônicos de polímero-
metal (IPMC, do inglês Ionic Polymer-metal composite).(LIN et al., 2014)
Devido a suas características de alta deformação com necessidade de baixa potência,
além da biocompatibilidade, os IPMCs são candidatos a serem utilizados em aplicações
biomecânicas, sendo capazes de auxiliar na análise de material biológico e replicar funções
de órgãos humanos. (PUGAL et al., 2013)
A proposta para esse tipo de aplicação nesse trabalho é uma microbomba, utilizando
um IPMC como atuador, para remoção de humor aquoso do olho, um líquido que realiza
diversas funções intraoculares, com a intenção de ajudar a sanar os Glaucomas. Glaucoma é
o termo utilizado para descrever um grupo de doenças neurológicas que afeta a visão, sendo
o principal responsável por perda irreversível de visão no mundo.
2
Em 2013, estimava-se que o Glaucoma afetava 60.5 milhões de pessoas ao redor do
mundo e cerca de 3.5% das pessoas entre 40 e 80 anos. Devido a sua dificuldade de detecção,
estima-se que 50% das pessoas que possuem a doença não são diagnosticadas, o que
aumentaria ainda mais a representatividade da doença. (THAM et al., 2014)
Sendo assim, dada a relevância dessa neuropatia num contexto global, fica claro que
propostas e estudos sobre diferentes métodos de tratamento são importantes na tentativa da
manutenção da qualidade de vida das pessoas afetadas.
3
1.1 Objetivos e estrutura do trabalho
O objetivo do trabalho é avaliar o uso de IPMC como atuador de uma microbomba com
o objetivo de auxiliar no tratamento de glaucoma, uma grave doença neurológica.
Buscou-se determinar a eficácia de uma microbomba no tratamento de glaucoma
através da modelagem computacional no software COMSOL MULTIPHYSICS, da deflexão
do IPMC e do fluxo de líquido sendo expelido da câmara, variando-se o valor da voltagem
fornecida ao sistema.
No capítulo 2, será realizada uma revisão sobre a literatura disponível sobre IPMCs,
estabelecendo as propriedades e equações que definem seu comportamento e discutindo seu
papel como um material inovador em diferentes aplicações, principalmente microbombas.
Além disso, é necessário compreender o Glaucoma, sua patologia e formas de
tratamento, para entender e posicionar a sugestão de microbomba dentro do contexto da
doença. Isso será realizado no capítulo 3.
No capítulo 4, é apresentada uma proposta para o atuador da microbomba, juntamente
com alguns resultados das simulações realizadas.
No capítulo 5, há um resumo sobre o que foi visto no trabalho, juntamente a uma
discussão sobre os resultados das simulações e perspectivas para futuros trabalhos.
4
Capítulo 2 - IPMC
Um compósito iônico de metal e polímero (IPMC) é um polímero eletroativo, em forma
de nanocompósito, composto por um substrato polimérico organizado em forma de
membrana, poroso, carregado eletricamente, saturado com um solvente eletrolítico que
possui íons (Cátions) que neutralizam o meio e com uma fase condutiva composta por um
metal, que funciona como eletrodo.(NARDINOCCHI; PEZZULLA; PLACIDI, 2011)
Ao se aplicar uma diferencial de potencial elétrico entre os eletrodos, o polímero sofre
deformações estruturais e deformações mecânicas aplicadas ao material geram uma diferença
de voltagem entre os eletrodos.
2.1 Composição
A estrutura de IPMCs é composta tradicionalmente por um polímero linear de
fluorcarbono, como o politetrafluoretileno, que forma a base da estrutura, adicionado de
grupos carbônicos contendo radicais derivados de ácidos, como sulfo-vinis, unidos de forma
covalente à base da estrutura através de reações de copolimerização e realizando ligações
iônicas com os contraíons, como H+, Li+ e Na+ que estejam dispersos na estrutura.
(SHAHINPOOR, 2016)
Os eletrodos tipicamente tomam a forma de uma fina camada de metal depositado em
lados opostos do material. Embora esse sistema seja muito parecido com um capacitor, há
diferenças: os eletrodos de um IPMC devem ser capazes de sustentar deformações, mantendo
a condutividade elétrica sem se romperem. A camada de metal necessita ter alta aspereza
para realizar a passagem de corrente, devido ao pequeno volume do material. Metais nobres
com potencial padrão reduzido são os mais recomendados para uso em IPMCs, devido à
resistência a corrosão. O mais utilizado é o ouro, embora platina e combinações desses com
outros metais mais ativos também podem ser utilizados para aumentar a capacidade de
atuação sem comprometer a longevidade do material.
5
Um dos materiais mais utilizados na fabricação de IPMCs é o Nafion, um composto
formado por uma estrutura de PTFE e cadeias de perfluorovinil com terminações de grupo
sulfonato, com contra íons de Na+. O Nafion é um material capaz de suportar deformações,
possuindo capacidade de atuação e facilidade de fabricação razoáveis em comparações com
outros IPMCs. Além disso, ele possui boa resposta em ambientes secos ou úmidos.
2.2 Comportamento mecânico do IPMC
Na ausência do solvente, os cátions e ânions do IPMC formam pares. Esses pares
formam agrupamentos nos quais os ânions e cátions ficam concentrados, com os ânions
ligados a estrutura de fluorcarbono da estrutura. Num estado hidratado, os cátions ficam
livres, se reorganizando entre os agrupamentos, de forma a minimizar a energia do
composto.(NEMAT-NASSER, 2002)
Esse mecanismo ocorre devido às interações entre as espécies iônicas dispersas no
solvente e na estrutura do polímero a partir da voltagem aplicada. Os íons em dispersão no
solvente migram de acordo com sua carga e carregam consigo as partículas do solvente,
criando um gradiente de concentração não-uniforme na membrana, que resulta em um
gradiente de deformação. Esse processo faz com que o polímero se deforme sem que
nenhuma força mecânica seja realizada sobre ele. (NARDINOCCHI; PEZZULLA;
PLACIDI, 2011)
A aplicação de um campo elétrico afeta a distribuição de cátions na membrana,
forçando cátions a se deslocarem em direção ao cátodo. Essa mudança na distribuição dos
cátions forma duas camadas, uma no ânodo e outra no cátodo. Na camada do ânodo, os
cátions são removidos e a camada do cátodo fica rica em cátions. Isso gera interações
interessantes. A rigidez do polímero no cátion aumenta e diminui no ânion e surgem forças
repulsivas entre os agrupamentos que perderam cátions e nos agrupamentos que recebem
esses cátions, o que ajuda a explicar a rápida deformação do IPMC e também seu relaxamento
natural, devido a reorganização natural por parte dos cátions. O mesmo ocorre com moléculas
6
de água, que migram junto aos cátions, também causando variação de volume.(NEMAT-
NASSER, 2002)
Figura 1 - Esquema representando um IPMC num estado neutro ( esquerda) e sob a
atuação de uma voltagem (direita) (NAM; AHN, 2012)
De maneira análoga, devido a hidrofobia do polímero, quando a membrana sofre uma
deflexão, a água do solvente se concentra no lado com menor densidade de massa, também
criando um gradiente de íons, o que gera uma diferença de voltagem, num efeito contrário ao
de atuação, chamado sensor. Esses dois efeitos não são simétricos, ou seja, a deformação
gerada por uma voltagem, caso seja prescrita inicialmente não irá gerar a mesma voltagem
como resposta. (NARDINOCCHI; PEZZULLA; PLACIDI, 2011)
7
Figura 2 – Esquema representando a capacidade sensorial de um IPMC, ao sofrer uma
deformação (PUGAL et al., 2013)
2.3 Modelo teórico
Conforme mencionado, o mecanismo de funcionamento do IPMC é definido pela
mudança na concentração da solução devido a migração dos cátions, que carregam outras
moléculas consigo. O modelo aqui apresentado se baseia no trabalho (NARDINOCCHI;
PEZZULLA; PLACIDI, 2011) que se inicia a partir da ideia que uma mudança na
concentração da solução induz um campo de distorção no corpo.
Essa distorção, embora não seja visível, influencia na resposta elástica do corpo. Além
dela, devemos levar em conta a difusão do soluto pelo corpo e a variação do potencial elétrico
para definir o estado do corpo.
Seja u o vetor que descreve o deslocamento sofrido por um IPMC. O campo de
deformações associado a esse deslocamento é E, que pode ser decomposto em distorção (𝑬𝟎)
e deformação elástica (𝑬𝒆).
𝑬 = 𝑬𝟎 + 𝑬𝒆 (1)
𝑬 =
1
2(∇𝐮 + ∇𝐮T)
(2)
8
Entendemos que o tensor de distorções depende somente da migração de solvente que
ocorre quando o IPMC sofre algum estímulo mecânico ou elétrico. Para o nosso modelo,
vamos considerar somente uma espécie iônica em dispersão. Sendo assim, podemos
representar essa distorção como
𝑬𝟎 = 𝛼(𝑐 − 𝑐0)𝑰 (3)
Aqui, 𝛼 é uma constante maior que zero que define a afinidade do íon com a água e 𝒄𝟎
é a concentração inicial do íon.
Dado que não existem forças atuando sobre o polímero e desconsiderando forças
inerciais, o equilíbrio das equações mecânicas garante que:
div 𝐓 = 0 (4)
Onde T é o tensor das tensões.
Para a contribuição da variação do campo elétrico no IPMC, utilizamos equações de
eletrostática, devido a propagação muito maior desse campo em relação a velocidade de
difusão do soluto na solução. Assim, temos que:
q = div 𝐝 (5)
Onde d é o vetor que descreve o campo de deslocamento elétrico e q se refere ao campo
escalar da densidade volumétrica da carga elétrica. Seja F a constante de Faraday, temos
q = q0 + F(c − c0) (6)
Para a contribuição química, relacionada a difusão dos íons pelo material, definimos j
como o fluxo de cátions e assumimos que as mudanças na concentração dos cátions em uma
parte qualquer do corpo dependem somente da difusão, dado que não existem fontes internas
e externas. Sendo assim, o fluxo é definido por:
c = −div 𝐣 (7)
A partir dessas equações, podemos realizar uma análise termodinâmica sobre as 3
contribuições (das tensões mecânicas, elétrica e difusão do soluto) do IPMC. A partir da
definição de uma função φ que representa a energia livre do corpo, entendemos pelo princípio
da dissipação que a energia liberada pelo corpo deve ser zero ou maior que zero em todos os
9
pontos e momentos. Assumimos ainda que a energia livre é uma função exclusiva da tensão
elástica, do deslocamento elétrico e da concentração de cátions.
φ = φ(𝑬𝒆, 𝒅, 𝒄) (8)
A partir dessas premissas, podemos chegar às seguintes equações constitutivas
termodinâmicas pra o problema:
𝐓 =
∂φ
∂𝐄𝐞
(9)
∇Φ = −
∂φ
∂𝐝
(10)
𝜇 =
𝜕φ
𝜕c+ 𝐹𝛷 + 3𝛼𝑝
(11)
𝐣 = −𝑀(𝑐)∇𝜇 (12)
𝐣 é o fluxo de soluto; M é a mobilidade. 𝜇 é o potencial químico do solvente no sólido.
Com essas equações podemos perceber que as contribuições da difusão e da deformação
estão acopladas através da distorção inicial 𝑬𝟎. Outros acoplamentos surgem através da
função φ e da mobilidade M.
Assim, podemos definir o problema através do acoplamento das equações (1) – (7) e
(8) – (12):
div 𝐝 = F(c − c0); 𝐝 = −ε∇Φ (13)
Onde ε é a permissividade do meio. Essas equações descrevem o problema, quando
acompanhadas de condições de contorno. A primeira equação mostra que a concentração
inicial de cátions depende somente da posição no corpo.
𝑐(𝑋, 0) = 𝑐0(𝑋) (14)
As outras equações de contorno dizem a respeito das contribuições elétrica, mecânica
e química do problema e são dependentes do problema a ser analisado (atuador ou sensor):
Assumimos uma condição de fluxo zero para o campo químico ao longo do limite do
corpo.
𝐣 ∙ 𝐧 = 𝟎 (15)
10
Para o comportamento do IPMC como atuador, prescrevemos uma voltagem em uma
das superfícies e voltagem zero nas outras, representando o comportamento dos eletrodos.
𝛷+ = �� ; 𝛷− = 0 (16)
Nas equações mecânicas, no comportamento de atuador, o deslocamento é zero na
superfície fixada e não há trações ao longo das outras superfícies.
𝐮 = 0 ; 𝐓 ∙ 𝐧 = 𝟎 (17)
Para o IPMC sendo utilizado como sensor, as equações em (16) e (17) assumem formas
diferentes: não há uma voltagem prescrita, mas sim uma deflexão na ponta do material, que
aqui chamamos de ��.
𝛷+ = 0 (18)
𝒖 = �� (19)
Nesse trabalho utilizaremos as equações acima em conjunto com uma teoria de
mecânica de fluidos para descrever o fluxo de fluido impulsionado pela microbomba. A
velocidade do fluido v e sua pressão p são determinas pelas equações:
ρ�� = div(−p𝐈 + 2ρ𝐯𝐃) (20)
tr𝐃 = div 𝐯 = 0 (21)
Onde D aqui é o tensor das taxas de deformações, 𝜌 é a densidade e 𝜈 é a viscosidade
cinemática. As forças inerciais e externas ao corpo são desconsideradas devido aos números
de Reynolds pequenos e prevalência das forças de pressão.
De posse dessas equações, pode-se acoplar as equações e resolvê-las para u,
encontrando a deflexão no polímero, v e p para o fluido. Mais detalhes sobre a formulação
teórica do problema estão em (RANJBARZADEH; 2017).
2.4 IPMC e microbombas
Microbombas são componentes utilizados em diversas aplicações de microfluídica,
como resfriamento de microeletrônicos, análise química e biológica e aplicação de remédios
(ABHARI; JAAFAR; YUNUS, 2012; COBO et al., 2016; NGUYEN; HUANG; CHUAN,
2002; NISAR et al., 2008) A característica principal das microbombas são o seu tamanho,
11
possuindo um volume da mesma ordem de grandeza da quantidade de líquido a ser
bombeada, raramente mais que alguns milímetros por ciclo.
Existem duas classificações de microbombas: as de deslocamento e as dinâmicas. Essas
últimas dão energia ao fluido de maneira contínua, fazendo com que seu momento ou pressão
cresçam. As bombas de deslocamento realizam trabalho sobre o fluido, fazendo com que ele
atravesse uma ou mais barreiras. A maioria das microbombas nessa classificação alcança
esse objetivo através de um elemento atuador que realiza um movimento recíproco periódico,
como um pistão um diafragma.
Existem diversas soluções diferentes para microbombas. As características mais
relevantes consideradas são o fluxo volumétrico e a diferença de pressão que a bomba é capaz
de vencer, além do seu tamanho e parâmetros de operação, como energia de atuação,
eficiência e tamanho. Essas características variam, entre outros parâmetros, de acordo com o
tipo de atuador escolhido para a bomba. Em (LASER; SANTIAGO, 2004) encontra-se um
quadro com algumas das características mencionadas para diferentes tipos de bombas,
separadas por atuadores, além de outros aspectos construtivos. Uma parte do quadro está
reproduzida abaixo. Para todas as bombas, o fluido de trabalho é água e uma câmara de
atuador está sendo utilizada. Onde não há valor, esse não foi informado no artigo.
Atuador Material
Material
do
Diafragma
Volume
da
bomba
(mm³)
Espessura
do
diafragma
(mm)
Voltagem
de
Atuação
(V)
Δp Q
(ml/min)
Piezoelétrico
(lateral) Silício Silício 111 0.04 160 - 1.2
Piezoelétrico
(axial)
Vidro-
Silício Silício 4000 0.05 100 - 0.022
Piezoelétrico
(CANTILEVER)
Perspex-
Si Silício - 0.018 200 17 1.5
Termopneumático
(bolhas)
Vidro-
Silício Silicone 72 0.03 10 0.5 0.06
Termopneumático
(ar) PCB Poliamido 780 0.0078 - 12 0.53
Quadro 1 – Características de exemplos de microbombas para diferentes atuadores
(LASER; SANTIAGO, 2004)
12
Pelo que se observa no quadro, existem diversas construções diferentes e parâmetros
diferentes para microbombas. Os atuadores mais comuns são os piezoelétricos, possuindo
uma alta deformação, rápida resposta mecânica e alta capacidade de transmissão de força,
entretanto, possuem alta voltagem de atuação. Outros tipos de atuação possuem vantagens e
desvantagens da mesma forma, seja no tamanho, na voltagem, na energia necessária
Sendo assim, identificamos no IPMC uma alternativa muito atraente aos atuadores
descritos, devido a sua capacidade de deformação, baixa voltagem de atuação, flexibilidade
e compatibilidade biológica.
Há diversos estudos demonstrando o uso de atuadores de IPMC em microbombas. Da
mesma maneira, que os outros tipos de atuadores, os designs reportados possuem muitas
diferenças entre si e algumas delas estão descritas no quadro abaixo.(LEE; KIM, 2006; NAM;
AHN, 2012; NGUYEN et al., 2008; PAK et al., 2004; SANTOS; LOPES; BRANCO, 2010)
Autor Número
de IPMCs
Voltagem
(V)
Fluxo
encontrado
(ul/min)
Pak et Al 1 8 9,97
Lee et Al 1 2 8,2
Nguyen et
Al 1 3 760
Santos et Al 1 13[mA] 8,02
Nam et Al 1 3 -
Quadro 2 – Fluxo encontrado para algumas microbombas de IPMC (SANTOS;
LOPES; BRANCO, 2010)
Entretanto, os IPMCs apresentam desvantagens como relativo baixo tempo de resposta
e o fenômeno de relaxamento da deformação com o passar do tempo, além de ser um material
que tipicamente apresenta menor eficiência em ambientes secos. Entretanto, ao serem
utilizados em aplicações biomédicas, a maioria dessas desvantagens não se apresentam como
impeditivos à sua aplicação como material atuador, principalmente na aplicação que vamos
delinear.
13
2.5 Aplicações Biomédicas
Devido a sua funcionalidade em ambientes úmidos, os IPMCs são considerados como
atuadores inovadores para serem utilizados em aplicações biomecânicas e biomédicas. Eles
possuem propriedades semelhantes a tecidos e músculos humanos, rigidez adequada, alta
deformação para a potência de ativação. IPMCs se encaixam nessas características em
comparação com atuadores robóticos tradicionais, apesar de seus problemas como
relaxamento, eletrólise e deformação não uniforme.(AW; MCDAID, 2014)
No referido artigo, vê-se o uso de IPMCs no auxílio de pessoas que tenham perdido
totalmente a força ou estabilidade nas mãos ou na composição de uma prótese mecânica para
as mãos. No caso da luva, tiras de IPMC são posicionadas nas juntas, de forma a aumentarem
a força e capacidade de interação da mão danificada.
Figura 3 - Posicionamento de tiras de IPMC numa luva de auxílio (AW;
MCDAID, 2014)
Essas luvas são uma alternativa a próteses atuais devido à redução no peso do implante
com a ausência de motores tradicionais, possibilitando a integração das tiras de IPMC como
uma luva, que pode ser utilizado por pessoas que ainda possuam a mão e que tenham perdido
alguma função e controle individual de cada junta. Imagina-se que seja possível devolver ao
paciente a possibilidade de executar movimentos complexos. No caso da adaptação a uma
prótese, o IPMC pode realizar força sobre uma estrutura rígida qualquer, o que possibilitaria
maior força realizada do que no caso de atuação singular do polímero.
14
Figura 4 - Esquema demonstrando a atuação do coletor de IPMC e representação dos
elementos do aparelho. (CHO; LEE, 2009)
(CHO; LEE, 2009) propõe em sua publicação um microcoletor de partículas para
recuperar partículas que são geradas quando é realizada uma desobstrução de artéria em um
paciente com aterosclerose. Essas partículas podem causar lesões restenóticas aos pacientes.
O coletor funciona como uma espécie de guarda-chuvas, mantendo-se dobrado até que o
aparelho chegue ao ponto correto da artéria, sendo ativado por uma corrente contínua e
realizando a coleta.
Ainda relacionado a doença cardíaca, (LI et al., 2011) sugere um novo projeto de
aparelho para realizar a reabertura e manutenção do diâmetro normal da artéria que tenha
sido obstruída. Os stents, da forma como são utilizados atualmente, ao serem inseridos no
lumen vascular arterial, são expandidos a partir de um balão, de forma abrupta para realizar
a desobstrução, o que causa uma lesão. O vaso sanguíneo ao tentar se recuperar dessa lesão,
acaba gerando tecido cicatrizante, que pode acabar gerando uma nova obstrução do vaso.
15
Figura 5 - Representação esquemática do stent de IPMC em 3 momentos: (a)
expandido; (b) estado inicial e (c) contraído. (LI et al., 2011)
O desenho proposto, em forma helicoidal, é capaz de expandir lentamente quando sob
a atuação de uma voltagem, evitando esse tipo de lesão e devido a sua capacidade de
contração, possibilita a fácil remoção do stent quando a artéria estiver recuperada. Os stents
nessa configuração foram facilmente fabricados e seus protótipos tiveram bom desempenho
nos testes, sugerindo que essa é uma solução alternativa razoável para o uso no tratamento
de oclusão da artéria.
(SHAHINPOOR; KIM, 2001) apresenta um aparelho de compressão cardíaca que seria
capaz de auxiliar no funcionamento de um coração sofrendo de insuficiência cardíaca, uma
doença que culmina em um ataque do miocárdio. Atualmente, corações artificiais ou auxílios
ventriculares com princípios compressivos possuem diversas desvantagens, como
necessitarem de cirurgias invasivas, composição baseada em materiais sem
biocompatibilidade, que podem levar a efeitos colaterais como entupimentos e são soluções
temporárias.
A proposta de Shahinpoor combina tiras de IPMC organizadas em formato de dedos
que envolvem o coração do paciente. Sendo utilizado em conjunto a tecnologias como marca-
passo, essa tecnologia seria capaz de replicar o bombeamento no coração, não necessitando
de um motor tradicional e com uma implantação menos prejudicial ao paciente.
Esses são apenas alguns exemplos de aplicações do IPMC no universo da tecnologia
biomédica. Devido a suas características, o material se mostra versátil e eficiente
desempenhando diversos papéis melhor do que tecnologias tradicionais.
16
Capítulo 3 - Glaucoma
Glaucoma é um termo utilizado para descrever um grupo de doenças do olho que
causam perda de visão através da destruição de certos nervos no olho. O glaucoma atinge
mais de 70 milhões de pessoas no mundo sendo a principal causa de perda irreversível de
visão no mundo.(GRECO et al., 2016; WEINREB; KHAW, 2004)
Para compreender a doença e sua extensão é necessário compreender a anatomia do
olho humano.
3.1 Anatomia do olho
O olho é um complexo órgão humano composto por diferentes estruturas e elementos.
Em (WILLOUGHBY et al., 2010) encontramos a definição do olho como possuindo três
camadas. A camada externa contém a esclera, um tecido cuja função é proteger o olho de
impactos externos e manter sua forma e a córnea, responsável por direcionar a luz para o
interior do olho, via refração. Outra função da córnea é manter o olho livre de infecções. A
parte visível da esclera é coberta pela conjunctiva, uma fina camada transparente.
17
Figura 6 – Anatomia do olho com alguns elementos delineados (em inglês).
(WILLOUGHBY et al., 2010)
A camada média é composta pela íris, que regula a quantidade de luz que chega à retina,
o corpo ciliar que controla a lente e regula a produção de humor aquoso e a coroide, uma
região vascularizada que garante oxigênio para a retina. A câmara anterior, onde flui o humor
aquoso se localiza acima do corpo ciliar.
A camada mais interna é a retina, que passa informações visuais do olho para o cerébro.
Ela é composta por uma complexa arrumação de neurônios de diversos tipos que processam
a luz.
O humor aquoso é um fluido muito semelhante à água que equilibra a pressão
sanguínea e leva nutrientes às células dos componentes avascularizados do olho.(ADATIA;
DAMJI, 2005) Ele é produzido no corpo ciliar, conectado a câmara posterior, onde ele flui
ao cerco da lente, passando pela pupila e terminando na câmara anterior. Então, ele é drenado
pelo trabéculo, alcançando o sistema episcleral venoso, onde o líquido é reassimilado. Esse
é o caminho principal, entretanto, cerca de 10% do líquido flui pelo que se chama caminho
uveoscleral, fluindo através de espaços intersticiais entre a íris e o corpo ciliar.
18
Figura 7 – A) Representação do fluxo de humor aquoso na câmara anterior do olho. B)
Detalhe da saída de líquido pelos dois caminhos considerados (WEINREB; AUNG;
MEDEIROS, 2014)
O fluxo de humor aquoso é relevante pois seus níveis de humor aquoso tem grande
relação com o aumento de pressão intraocular, um dos fatores de risco de glaucoma. No olho
com glaucoma, o fluxo de humor aquoso pode estar desbalanceado, devido a um aumento na
produção ou reduzida capacidade de absorção por parte do trabéculo.
Nesse trabalho, o humor aquoso será considerado como água, devido à semelhança de
suas propriedades.
Característica Valor típico
Raio da câmara anterior [m] 5,5x10-3
Largura da câmara anterior [m] 11x10-3
Altura da câmara anterior [m] 2,75x10-3
Viscosidade dinâmica do
humor aquoso [Pa.s]
1,0x10-3
Densidade do humor aquoso
[km/m3]
1,0x10-3
Quadro 3 – Características do olho e humor aquoso (FITT; GONZALEZ, 2006)
19
3.2 Glaucoma
Os glaucomas são considerados uma neuropatia ótica que progressivamente causa
danos e alterações ao olho. Os danos são estruturais, danos ao disco ótico e funcionais, com
perda no campo de visão. A principal alteração estrutural é dano as células ganglionares, que
se localizam no disco ótico, assim como mudanças na forma da retina, com a principal sendo
o achatamento do disco ótico, que atrapalha o transporte de axônios do olho para o resto do
sistema neurológico. (WEINREB; AUNG; MEDEIROS, 2014)
Existem dois tipos principais de glaucoma: o glaucoma de ângulo aberto e de ângulo
fechado. As duas modalidades se diferenciam pelo mecanismo que ativa a doença. O
glaucoma de ângulo aberto, que acomete a maior parte da população afetada pela doença, é
uma doença de difícil diagnóstico, que não possui traços visíveis marcantes até que a doença
já esteja avançada; o glaucoma de ângulo fechado, por outro lado, apresenta um ângulo agudo
entre a íris e o local de saída do humor aquoso no olho e pode ser mais agressivo na sua
patologia (WEINREB; AUNG; MEDEIROS, 2014; WEINREB; KHAW, 2004)
O Glaucoma difere de outras neuropatias pela sua lenta progressão, que dura longos
períodos, de meses a anos. Ela não apresenta sintomas óbvios ao paciente, fora a perda de
visão que ocorre quando a doença já se encontra em um estado avançado, sendo o principal
desses sinais uma mudança na morfologia do disco ótico.
O disco ótico é o nome que se dá a região onde os axônios das células nervosas
convergem, formando fibras nervosas passam para fora do olho em direção ao cérebro,
transportando informação visual e organelas vitais para as células. Ele é composto de tecidos
neurológicos, vasculares e compositivos. Em seu estado normal, o disco se caracteriza
apresentando uma depressão central, de aspecto mais pálido. Conforme as células morrem,
essa depressão central aumenta em relação ao resto do olho, sendo um dos principais sinais
da presença da doença.
20
Figura 8 – A) Anatomia saudável do disco ótico, localizado na base da córnea. B)
Anatomia na presença da doença (WEINREB; AUNG; MEDEIROS, 2014)
Entretanto, não existe um consenso sobre a razão entre a região mais clara e mais escura
do disco ótico que define a presença da doença (WEINREB; AUNG; MEDEIROS, 2014)
contribuindo para dificuldade de diagnóstico. Perda no campo de visão é outra forma de
confirmar o diagnóstico, entretanto, a maioria das células importantes para a visão podem já
estar perdidas quando um exame de tonometria padrão for capaz de identificar a doença.
Sendo assim, um exame de perimetria seletiva é necessário, para verificar as células que
podem estar afetadas pela doença.
O glaucoma de ângulo fechado é tipicamente relacionado com uma crise aguda e
dolorosa, que ocorre acompanhada de perda momentânea de visão. Entretanto, três a cada
quatro casos não apresentam a crise, mantendo um curso normalmente sem sintomas, assim
como o glaucoma de ângulo aberto. A principal característica morfológica da doença é o
ângulo fechado entre e a íris e a córnea, obstruindo a saída de humor aquoso, causada por
modificações na íris e na lente do olho. Devido ao bloqueio, o aumento da resistência ao
fluxo de humor aquoso da câmera posterior para anterior pressiona a iris, causando a
diminuição no ângulo. Caso a íris permaneça bloqueando o ângulo por um tempo prolongado,
pode haver aderência entre a íris e a córnea, causando aumento crônico de pressão
intraocular.
21
Figura 9 – A) Representação do glaucoma de ângulo aberto. B) Representação do
glaucoma de ângulo fechado (WEINREB; AUNG; MEDEIROS, 2014)
Embora somente um a cada três pacientes possua glaucoma de ângulo fechado, essa
modalidade da doença chega a perda total de visão duas vezes mais que o glaucoma de ângulo
aberto. Sendo assim, metade dos pacientes de glaucoma que perdem a visão possuem
glaucoma de ângulo fechado
Sendo assim, percebe-se que o Glaucoma é uma doença de difícil detecção, cuja
presença só é detectada com extensivos exames. Devido a isso, estratégias de triagem em
massa são insuficientes, resultando em diversos resultados falso-positivos ou falso-negativos.
Acredita-se que glaucoma é não diagnosticado em 90% das pessoas afetadas pela doença.
Levando-se em conta as duas modalidades da doença, o principal fator de risco
associado aos glaucomas é a pressão intraocular.(PEETERS et al., 2010) Embora não seja
uma causa direta do glaucoma, o aumento da pressão intraocular está fortemente associado a
outros fatores da doença como tensões elevadas na esclera e dano ao nervo ótico. Não se sabe
exatamente como a pressão está relacionada ao desenvolvimento da doença, entretanto,
acredita-se que quando a pressão intraocular está elevada além do nível normal para o olho,
o meio dos axônios se altera, acelerando a morte de mais células através da morte programada
das células.
22
Entretanto, a maioria das pessoas que possuem hipertensão ocular, isto é, que possuem
um nível natural de pressão intraocular maior que 21 mmHg na maior parte do tempo não
desenvolvem a doença.
Um estudo realizado em (CAPRIOLI; COLEMAN, 2008) indica que flutuações de
pressão intraocular durante longos períodos estão relacionadas com um aumento na perda do
campo de visão em glaucoma, especialmente para pacientes com um pressão intraocular
média baixa. Esse fato sugere que reduzir flutuações de pressão intraocular é benéfico para
tratamento de glaucoma, tanto quanto reduzir níveis absolutos.
3.3 Opções de tratamento
Como foi visto, a pressão intraocular é o principal fator de risco associado com
glaucoma. (GRECO et al., 2016; WEINREB; AUNG; MEDEIROS, 2014) Estudos
mostraram que pacientes que já possuem a doença estabelecida, mas com uma pressão abaixo
do nível considerado crítico (21 mmHg), o tratamento para redução de pressão intraocular é
sempre recomendado, já que ele reduz a progressão da doença.
Mecanismos que alcançam essa redução consistem na redução na produção de humor
aquoso, um aumento no fluxo de saída pelo caminho comum, pelo caminho uveoscleral ou
ambos e na criação de outros caminhos para saída do líquido, no caso de alguns tipos de
implantes cirúrgicos. O objetivo do controle de glaucoma é manter as funções visuais com o
mínimo de efeitos colaterais possíveis. Isso é tradicionalmente alcançado definindo pressão
intraocular alvo e utilizando o tratamento adequado. Esse alvo é constantemente trocado
conforme o tratamento avança.
23
3.3.1 Colírios
O primeiro tratamento utlizado para glaucoma de ângulo aberto são colírios medicinais.
A escolha do colírio é baseada em fatores como custo, efeitos colaterais e frequência de
dosagem. Eles possuem diferentes princípios ativos e efeitos colaterais. Os principais colírios
utilizados são análogos de prostaglandin, como o latanoprost, que atingem redução de
pressão intraocular através do aumento do fluxo uveoscleral. Seus possíveis efeitos colaterais
são indução de hiperemia conjuntival, descoloração da iris e edema macular. (WEINREB;
AUNG; MEDEIROS, 2014)
No caso de contra-indicação ou intolerância, bloqueadores beta-adrenérgico são
alternativas, embora mais perigosas, possuindo contraindicações para pacientes com asma,
problemas renais e dores de cabeça.
3.3.2 Trabeculectomia
Cirurgias são a próxima opção utilizada no tratamento de glaucoma. No caso do
glaucoma de ângulo fechado, devida a possibilidade de crise, uma das cirurgias, a iridotomia
é a primeira linha de tratamento, onde uma punção é realizada na iris com um laser, para
liberar o fluxo bloqueado. (QUIGLEY, 2011)
Trabeculectomia é a primeira cirurgia tentada em caso de glaucoma de ângulo aberto e
a primeira cirurgia após iridotomia em casos de ângulo fechado quando a medicação
tradicional falha. O objetivo da cirurgia é criar um caminho da câmara anterior do olho para
a conjuntiva removendo parte da iris, criando uma incisão na esclera. É padrão da cirurgia
criar-se uma pequena bolha filtradora, uma pequena estrutura em forma de alçapão que
assimila o líquido removido, que aos poucos é absorvido pelo olho.
24
Figura 10 – Esquema representando o princípio de uma trabeulectomia e a formação de
uma bolha filtrante (ADATIA; DAMJI, 2005)
As complicações pós-operatórias de curto prazo da cirurgia são uma falha do processo
na redução da pressão intraocular ou diminuição excessiva. Conforme a conjuntiva passa por
um processo de cicatrização, menos humor aquoso é filtrado, causando a manutenção da
pressão intraocular. Em alguns casos, o fluxo sofre um refluxo, que pode pressionar a lente,
a iris e aumentar a resistência ao fluxo, bloqueando o ângulo de drenagem.
No caso onde ocorre diminuição excessiva, a bolha filtrante pode sofrer de vazamentos
ou filtragem excessiva. Reduções drásticas nos níveis de pressão intraocular podem levar a
catarata ou sangramento no olho, que também levam a diminuição da visão.
Cuidados pós cirúrgicos são extremamente necessários, com antibióticos e esteróides
sendo utilizados para reduzir infecções e controlar inflamação. Futuras visitas ao médico
incluem ajustes para controlar a pressão intraocular: caso ela esteja alta demais, mudanças
nas suturas ou técnicas de massageamento da bolha podem ser utilizadas.
A longo prazo, as preocupações se mantém as mesmas, adicionando o risco o de
infecção, que é muito perigoso dado o acesso ao interior do olho que é criado na cirurgia.
Devido a esses fatores, não se espera que a trabeculectomia controle a pressão intraocular de
forma definitiva. A cirurgia é considerada um sucesso se a pressão se mantém controlada
durante cerca de 7 anos. Se necessária, a mesma cirurgia pode ser executada outra vez, mas
não uma terceira vez.
25
3.3.3 Trabeculoplastia laser
Outra técnica importante no tratamento é a trabeculoplastia laser. O objetivo é utilizar
pequenas queimaduras localizadas no trabéculo, diminuindo o colágeno responsável por
manter tensão nos tecidos adjacentes ao trabéculo, reduzindo consequentemente a resistência
ao fluido. (REISS; WILENSKY; HIGGINBOTHAM, 1991)
Outras medicações são necessárias para manter a doença controlada, mas mesmo com
seu uso, estudos indicaram que o sucesso da cirurgia após 4 anos cai de 63%, o nível
alcançado nesse período de tempo, com pacientes necessitando de outras cirurgias,
entretanto. Realizar a cirurgia mais de uma vez é perigoso, com menores índices de sucesso
e desenvolvimento de pressão intraocular elevada crônica, que leva a uma perda acelerada
de visão.
3.3.4 Dispositivos de filtragem de glaucoma
Dispositivos de filtragem de glaucoma são outra opção de tratamento. Seu
funcionamento é baseado na criação de um caminho alternativo para o fluxo de humor
aquoso, com a inserção de um tubo que canaliza fluido da câmara anterior para uma placa
posicionada na zona equatorial do olho de forma subconjuntival, onde ocorre a formação da
bolha filtrante. (MODI et Al, 2007)
Existem diferentes tipos de dispositivos: o Molteno simples e duplo, baseados no
primeiro desenho de Molteno; O implante de Baerveldt e os implantes de Ahmed e Krupin,
que são valvulados, diferentemente dos primeiros. Todos os implantes são baseados no
conceito inicial do tubo terminado numa placa, se diferenciando pelo tamanho da placa, os
materiais utilizados e modificações nas suturas e ligamentos. (HONG et al., 2005)
26
Figura 11 – Esquema representando um dispositivo de filtragem de glaucoma
implantado (ADATIA; DAMJI, 2005)
Complicações nesses tipos de implante são hipotonia imediata, excesso de fibrose e
falha clínica, erosão do tubo ou da placa, estrabismo e raramente infecção. Hipotonia é o
resultado de pouca resistência ao fluido por parte da bolha, principalmente nos implantes não
valvulados. A bolha filtrante demora cerca de um mês para se formar corretamente. Sendo
assim, os implantes são modificados com suturas absorvíveis ou que se soltam, para que
evitar esses eventos de hipotonia. (SARKISIAN, 2009)
Após esse período de um mês, a preocupação passa a ser um período de elevada pressão
intraocular, onde a bolha pode sofrer alta cicatrização e se tornar inflamada. Essa fibrose
capsular causa o que é conhecido como fase hipertensa pós-operatória, com aumento de
resistência ao fluido. Foi sugerido que a presença do humor aquoso no espaço subconjuntival
acelera uma resposta de fibrose por parte do olho. Caso a pressão permaneça elevada por
muito tempo, medicamentos e massagens podem ser utilizadas, ou em casos extremos,
punções com agulha ou remoção cirúrgica da bolha podem ocorrer.
Como a reação de fibrose ocorre nos períodos iniciais pós-operatório e é nesse período
que os dispositivos tendem a falhar mais, acredita-se que a fibrose da bolha seja uma das
principais causas de falha do dispositivo de drenagem, ainda que não se entenda
perfeitamente os mecanismos que causam a fibrose. Assim, a formação de uma bolha fina e
permeável é vital para garantir uma redução de pressão intraocular constante.
27
(GARDINER et al., 2010) observa que quando a cicatrização ocorre, caso a cicatriz
possua capilares para absorver o fluido, a pressão intraocular pode aumentar, mas ainda ser
controlada, já que a vascularização da bolha não compensa a perda de condutividade
hidráulica. Entretanto, uma bolha filtrante sem capilares pode causar um aumento de até 10
mmHg na pressão intraocular.
Erosão do tubo pode ocorrer caso as suturas sejam malfeitas e o tubo mal posicionado
na esclera. Caso a fixação do tubo seja feita corretamente, a erosão pode ser completamente
eliminada.
Um estudo de Trabeculecomy vs. Tube mostra que com o mesmo auxílio de remédios,
os tubos filtrantes são mais propensos a manter a pressão intraocular controlada, evitando
hipotonia e outras cirurgias por mais tempo que a trabeculectomia após dois anos. Entretanto,
nos cinco anos após os dois primeiros, os dois métodos se mostraram igualmente eficientes.
(GEDDE et al., 2012)
Sendo assim, fica claro que a redução de pressão intraocular está estabelecida como o
principal método de parar o desenvolvimento do glaucoma. Entretanto, nenhum dos métodos
de tratamento principais são capazes de altos níveis de eficiência constante durante longos
períodos maiores do que 5 anos, nem são capazes de atuar no momento exato quando ocorre
um aumento de pressão intraocular.
Nesse trabalho, vamos explorar as possibilidades trazidas pelo avanço das tecnologias
sensoriais e com o uso de atuadores baseados em IPMC é possível desenvolver uma técnica
baseada no uso dos dispositivos de filtragem de glaucoma para melhorar as tentativas de frear
o desenvolvimento dos glaucomas.
3.4 Produção e escoamento de líquido do olho
Na literatura disponível sobre o olho e suas patologias, encontramos algumas equações
que são úteis para encontrarmos e avaliarmos nossa sugestão de solução para o problema de
glaucoma.
28
Como foi visto, existem dois caminhos principais para o humor aquoso produzido no
olho, o caminho principal e o caminho uveoscleral. Esse comportamento é descrito pela
equação abaixo:
Fp = Ft + Fu (22)
Os Glaucomas são patologias que afetam a relação entre essas grandezas,
principalmente diminuindo, de uma forma ou de outra, as saídas Ft e Fu, aumentando o
volume de líquido no olho. Fp representa o líquido produzido pelo olho, Ft representa a saída
de líquido pelo caminho tradicional do olho e Fu a saída uveoscleral.
As diferentes formas de tratamento de Glaucoma atuam alterando ou adicionando
diferentes fatores a essa equação. No caso de alguns colírios, Fp pode ser reduzido, ou uma
das saídas Ft ou Fu ser aumentada. (TORIS et al., 2002) No caso dos dispositivos de
drenagem, uma terceira saída pode adicionada, compensando uma possível redução nos
mecanismos naturais de escoamento do olho.
A saída de humor aquoso da câmara anterior do olho, expressa pela soma Ft + Fu, é
medida experimentalmente, através de um procedimento conhecido como fluorofotometria.
A equação de Goldmann (BRUBAKER, 2004) nos mostra o fluxo de fluido para a saída do
olho é:
Ft = (IOP − Pev) x C (23)
Onde IOP é a pressão interna do olho e Pev é a pressão episcleral venosa, a pressão de
saída natural do olho, e C é uma constante definida como facilidade tonográfica [ul.min-1.mm
Hg-1], é a facilidade do líquido de escoar pelo canal natural de saída do olho.
A equação [2] não leva em conta a saída uveoscleral. Através de experimentos,
descobriu-se que essa contribuição não depende da pressão intraocular. Sendo assim
podemos adicioná-la individualmente à equação [2]. Reescrevendo [1] chegamos a:
Fp = (IOP − Pev) x C + Fu (24)
Com essa equação, vemos a relação direta entre o volume de humor aquoso produzido
e a pressão interna da câmara anterior do olho.
29
Capítulo 4 - Proposta de microbomba
Baseado na patente de (GUARNIERI, 2012) se sugere uma microbomba com atuador
de IPMC para o tratamento de Glaucoma. A microbomba consiste de uma câmara, dois
diafragmas de IPMC, um canal de entrada e um de saída, com uma válvula na entrada e uma
na saída. Realizamos algumas alterações em relação ao desenho original com o objetivo de
simplificar a análise. A escolha de IPMC se dá devido principalmente a baixa voltagem de
atuação necessária, possuindo um volume por rotação adequado para nossa aplicação,
considerando seu tamanho.
Devido à complexidade do problema, diversas simulações numéricas utilizando o
método de elementos finitos foram realizadas através do programa COMSOL
MULTIPHYSICS para avaliar o comportamento do IPMC (deflexão) e como esse se relaciona
o fluxo de líquido na saída da microbomba.
O modelo numérico resolve as equações necessárias de governo do IPMC,
considerando os acoplamentos entre as diferentes contribuições do IPMC. Para a interação
entre o IPMC e a voltagem aplicada, exploramos a deflexão do diafragma para diferentes
voltagens. A interação entre o líquido e o IPMC é descrito a partir das equações de Navier-
Stokes pelas mecânicas de sólido nas interfaces entre sólido e líquido.
O diafragma de IPMC é fixado nas extremidades e considera-se uma condição de
contorno de deslocamento zero. As condições limites para a formulação das equações do
fluido são a ausência de escorregamento na interface entre o fluido e o IPMC e pressões
limites no canal de entrada e saída da microbomba.
A geometria proposta consiste em duas câmaras auxiliares, que representam o espaço
que poderia ser ocupado pela bateria, microcontroladores e processadores e uma câmara
principal interior, de 5 [mm] x 4 [mm] com IPMCs que foram divididos em dois retângulos
de 0,1 [mm] x 4 [mm], com as saídas e entradas posicionadas de forma central na câmara
anterior, que foram adaptadas para um ponto na simulação em duas dimensões. Considerou-
se para cálculo que a área de saída corresponde a 0,25 [mm²].
30
Figura 12 – Representação do modelo utilizado no COMSOL para simulação
4.1 Método computacional
Como mencionado, utilizamos o método de elementos finitos através do software
COMSOL MULTIPHYSICS para solucionar as equações que governam o funcionamento da
microbomba. O método dos elementos finitos consiste na discretização de um sistema em
diversas partes menores, formando uma malha composta por elementos e nós.
A partir dessa malha, podemos sistematicamente interpolar os diferentes graus de
liberdade entre esses elementos, utilizando diferentes métodos de interpolação. Devido a
discretização dos elementos, teremos um sistema de equações a serem resolvidas. Para mais
detalhes sobre a implentação, pode-se consultar (FRANÇA, 2016).
Nesse trabalho, o programa utilizado possui a capacidade de acoplar e resolver
equações para diferentes aspectos físico-químicos, como será necessário no caso do IPMC.
Além disso, o programa dispõe de diversos módulos para resolução de problemas e uma
interface para inserção de dados e equações por parte do usuário, para suprir possíveis
necessidades que não estejam contempladas pelos módulos.
Para o estudo, devido à deflexão do IPMC, é necessário que a malha onde as equações
que resolvem o comportamento do fluido estão definidas se adaptem a essa deformação. Essa
31
mudança na geometria do domínio do fluído é levada em conta pelo programa COMSOL
através do método utilizado.
Na simulação, utilizou-se o módulo Electrostatics para analisar as contribuições
elétricas no modelo (Equações 5, 6, 10). Nesse módulo, utilizamos as condições de
conservação de carga nos IPMCs e carga zero para as interfaces entre eletrodos. Definimos
potenciais elétricos nos eletrodos onde se aplica a voltagem.
Para as contribuições da difusão química, utilizamos o módulo Transport of Diluted
Species, definindo fluxo zero nas bordas do IPMC e estabelecendo os valores de difusão e
migração em sua superfície (Equações 7, 11 e 12).
Por fim, para analisarmos as contribuições mecânicas e do material e as interações entre
o fluido e a estrutura, o módulo Fluid-Structure Interaction foi utilizado (Equações 1-4 e 9).
Nele, são estabelecidas as condições de contorno para as interações mecânicas.
Os parâmetros utilizados seguem a tabela abaixo:
Parâmetro Valor
Coeficiente de difusão (D) 6,0 x 10-11 [m2 s-1]
Constante dos gases (R) 8,3143 [J mol-1K-1]
Temperatura 300 [K]
Constante de Faraday (F) 96487 [C mol-1]
Permissividade do meio (ε) 0,0177 [C2 N-1 m-2]
Módulo de Young (E) 220 [MPa]
Coeficiente de Poisson (υ) 0,3
Volume específico do cátion (α) 1,18 x 10-5 [mol/m³]
Concentração dos íons (c0) 1073 [mol/m³]
Quadro 4 – Parâmetros utilizados na simulação
4.2 Resultados e discussão
No modelo preparado, foram realzadas investigações computacionais para diafragmas
com 100um de espessura e 4mm de comprimento. Conforme comentado, podemos aproximar
32
o humor aquoso do olho à água. Utilizamos uma malha com elementos triangulares de
0.112m para o IPMC e o fluido
Figura 13 – Malha utilizada
Foram analisados alguns casos com diferentes voltagens de atuação, comparando a
deformação máxima do diafragma de IPMC, o contorno de pressão e a velocidade de saída
do líquido. Com esses dados, podemos verificar os resultados do modelo e compará-los com
o quadro 2 e da literatura. Também se avaliou os resultados em relação ao fluxo de líquido
produzido pelo olho para o problema de glaucoma. Alguns resultados selecionados estão
reproduzidos abaixo para discussão.
Nas figuras 14 a 16, podemos ver a deformação do IPMC em direção ao centro, sua
velocidade e campo de pressões, para uma voltagem de atuação de 0.2V. Esses são os
resultados para t=1s em nossa simulação, para o caso onde a bomba esteja expelindo o
líquido. Esses resultados estão de acordo com a teoria que proposta, com o IPMC se
deformando mais nos pontos mais distantes do ponto de engaste e o fluido sendo empurrado
para fora da câmara, devido à pressão aplicada pela deformação do IPMC.
33
Figura 14 – Deformação para 0.2V, t=1s
Figura 15 – Velocidade para 0.2V, t=1s
Figura 16 – Curvas de pressão para 0.2V, t=1s
34
Para 0.4V, nas figuras 17 a 19, temos as mesmas grandezas analisadas também para
t=1s. Podemos observar que os três valores são maiores do que sua contraparte quando
atuadas a 0.2V. Com isso, validamos também a relação direta entre a deformação do IPMC
e a voltagem de atuação. Com isso, podemos supor um bom controle sobre a microbomba,
caso seja possível controlar a voltagem de atuação.
Figura 17 – Deformação para 0.4V, t=1s
Figura 18 – Velocidade para V= 0.4V, t=1s
35
Figura 19 – Curvas de pressão para V = 0.4V, t=1s
Temos para 0.6V, nas figuras 20 a 22 o IPMC num modo de recarga, isto é, durante o
enchimento da câmara. Nesse modo, a voltagem é aplicada de forma contrária no IPMC,
causando deformação ao contrário da que vimos anteriormente. Podemos observar a atuação
criando uma pressão negativa na câmara. Assim, o fluido entra na câmara pela válvula de
entrada. Podemos observar ainda o aumento das grandezas de velocidade, deformação e
pressão, ainda coerentes com o aumento na voltagem.
Figura 20 – Curva de pressão para 0.6V, t=1s (Modo de recarga)
36
Figura 21 – Deformação para 0.6V, t=1s (Modo de Recarga)
Figura 22 – Velocidade para 0.6V, t=1s
Por fim, ao observar as velocidades a 1V encontramos a velocidade máxima em nossa
simulação, 175 μm/s.
37
Figura 23 – Velocidade para 1V, t=0.115s
De posse desses dados, podemos traçar gráficos para observarmos o comportamento
em relação a voltagem:
Figura 24 – Gráfico da velocidade instantânea máxima do fluido em relação a voltagem
de atuação
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Vel
oci
dad
e de
saíd
a (μ
m/s
)
Voltagem de atuação (V)
Velocidade máxima do fluído
38
Figura 25 – Taxa de líquido expelido em relação a voltagem de atuação
Considerando o exposto em (TORIS et al., 2002), um olho médio produz cerca de 2,60
μl/min. Num caso hipotético e extremo, onde as duas saídas, natural e uveoscleral do olho
estejam completamente bloqueadas, caberia a microbomba o trabalho de expelir o líquido
produzido, transformando a equação encontrada na seção 3.4, de forma a manter o equilíbrio
do volume de líquido no olho, onde Ft e Fu se tornam zero e 𝐹𝑖𝑝𝑚𝑐 é o fluxo expelido pela
microbomba:
Fp = 𝐹𝑖𝑝𝑚𝑐 (25)
Em nossa simulação, o valor mais alto de fluxo de líquido expelido encontrado foi 2,64
μl/min para 1V.
Sendo assim, considerando parâmetros do problema que foi proposto e levando em
conta o contexto do tratamento do glaucoma, percebemos que os resultados foram
satisfatórios e uma bomba de glaucoma pode ser uma alternativa viável na diminuição da
pressão intraocular interna.
Conforme foi visto, algumas das principais dificuldades impostas pelo glaucoma são
as variações que ocorrem na pressão interna do olho ao longo do tempo e também em curtos
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Flu
xo d
e líq
uid
o (μ
l/s)
Voltagem de atuação (V)
Fluxo de humor aquoso expelido
39
períodos, uma dificuldade inicial no controle da pressão após uma intervenção cirúrgica e
perda de eficácia ao longo do tempo dos tratamentos convencionais, devido a fenômenos
como má formação ou deterioração da bolha filtrante e cicatrização dos mesmos.
Essas deficiências podem ser supridas pela proposta de microbomba de IPMC, como
pode-se inferir de nossa simulação. Por exemplo, inicialmente a bomba pode estar desligada
enquanto a bolha filtrante se forma para evitar hipotonia, sendo ativada posteriormente,
podendo ter sua voltagem de atuação controlada pelo médico responsável, que seria capaz de
avaliar o fluxo líquido sendo expelido naturalmente e ajustar a bomba para compensar uma
possível deficiência, garantindo assim um fluxo total que mantenha a pressão adequada no
olho.
Assim, imagina-se poder garantir para o paciente uma qualidade de vida durante mais
tempo, já que diferente de outros tratamentos, onde em estágios mais avançados da doença
seria necessária a realização de outro procedimento cirúrgico, a microbomba continua sendo
útil por mais tempo apenas alterando alguns de seus parâmetros através de controladores.
40
Capítulo 5 - Conclusão
Nesse trabalho, realizou-se uma análise da literatura disponível sobre IPMCs,
revisando as questões principais sobre o material e explorando suas diversas aplicações,
principalmente em relação ao universo da biomedicina, onde materiais biomiméticos e
biocompatíveis estão em alta demanda.
Diante do problema do glaucoma, aspectos sobre fatores de risco e a forma de atuação
da doença foram investigados para analisar-se o contexto para avaliar o uso de IPMC. De
posse dessas informações, chegando a proposta de utilizar um implante de microbomba com
atuador de IPMC, de forma próxima a um dispositivo de filtragem de glaucoma.
Desenvolveu-se um modelo no COMSOL para avaliar uma proposta inicial para a
microbomba, aproximando o caso real para um desenho bidimensional focando nos
parâmetros de pressão do líquido e velocidade do fluido. Qualitativamente, os resultados
estão alinhados com as teorias descritas na literatura.
Quantitavamente, os valores foram próximos a outras publicações que exploraram os
IPMCs no contexto de diafragmas e microbombas, tanto numericamente quanto
experimentalmente.
Finalmente, ao se analisar nossa proposta de microbomba relativamente as dificuldades
e necessidades impostas no tratamento de glaucoma, de acordo com os parâmetros
observados, a microbomba de IPMC se posiciona como uma alternativa viável.
A microbomba é capaz de suprir a demanda de saída de fluido da câmara anterior do
olho para saída de líquido para diversos graus da doença, possibilitando ao médico
responsável um grau de controle sobre a remoção de líquido que não é encontrado nas
alternativas atuais. Além disso, a microbomba é de um tamanho reduzido, com uma baixa
voltagem de atuação, possibilitando que o implante não necessite de trocas de bateria
constantes.
Caso se comprove a viabilidade do atuador do IPMC, algumas ideias para o seguimento
da construção da microbomba são posicionar nas câmaras auxiliares à esquerda e a direita do
41
IPMC, pode-se inserir microchips que realizem o papel de controlar as funções da
microbomba, como as válvulas e a voltagem de atuação dos IPMCs, conforme descrito em
(GUARNIERI, 2012)
Em relação a fonte de energia do aparato, pode-se utilizar uma bateria, caso o paciente
não esteja sob observação continua, ou através de um carregamento por indução, conforme
descrito em (TANG et al., 2008). Nesse caso, em situações onde o paciente esteja sob
observação constante, um médico pode realizar o carregamento conforme seu julgamento.
Eventualmente ainda, com o avanço da tecnologia, esse carregamento poderia ser feito pelo
próprio paciente.
Outra sugestão o uso em conjunto com sensores de pressão (CHEN et al., 2014), que
mandariam um sinal para os controladores, que poderiam automaticamente ajustar a
voltagem ou frequência da bomba. Nesse caso seria necessária cautela, porque conforme foi
visto, a pressão do olho pode variar com outros fatores alheios ao fluxo de humor aquoso,
como a posição da cabeça.
Assim, o tratamento através de microbomba aqui proposto pode se tornar robusto e
uma das principais opções no auxílio do combate ao glaucoma.
42
Referências bibliográficas
ABHARI, F.; JAAFAR, H.; YUNUS, N. A. M. A comprehensive study of micropumps
technologies. Int. J. Electrochem. Sci, v. 7, p. 9765–9780, 2012.
ADATIA, F. A.; DAMJI, K. F. Chronic open-angle glaucoma. Review for primary care
physicians. Canadian family physician, v. 51, n. 9, p. 1229–1237, 2005.
AW, K. C.; MCDAID, A. J. Bio-applications of ionic polymer metal composite transducers.
Smart Materials and Structures, v. 23, n. 7, p. 074005, 4 jul. 2014.
BRUBAKER, R. F. Goldmann’s equation and clinical measures of aqueous dynamics.
Experimental Eye Research, v. 78, n. 3, p. 633–637, mar. 2004.
CAPRIOLI, J.; COLEMAN, A. L. Intraocular Pressure Fluctuation. Ophthalmology, v. 115,
n. 7, p. 1123–1129.e3, jul. 2008.
CHEN, G.-Z. et al. Soft wearable contact lens sensor for continuous intraocular pressure
monitoring. Medical Engineering & Physics, v. 36, n. 9, p. 1134–1139, set. 2014.
CHO, S.-M.; LEE, D.-W. A biomimetic micro-collector based on an ionic polymer metal
composite. Microelectronic Engineering, v. 86, n. 4–6, p. 916–919, abr. 2009.
COBO, A. et al. A wireless implantable micropump for chronic drug infusion against cancer.
Sensors and Actuators A: Physical, v. 239, p. 18–25, mar. 2016.
FITT, A. D.; GONZALEZ, G. Fluid Mechanics of the Human Eye: Aqueous Humour Flow
in The Anterior Chamber. Bulletin of Mathematical Biology, v. 68, n. 1, p. 53–71, jan.
2006.
FRANÇA, H. P. HIDRODINÂMICA INDUZIDA POR IPMC COMO PRINCÍPIO
ALTERNATIVO PARA PROPULSÃO DE DISPOSITIVOS BIOMIMÉTICOS. [s.l.]
Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2016.
GARDINER, B. S. et al. Computational Modeling of Fluid Flow and Intra-Ocular Pressure
following Glaucoma Surgery. PLoS ONE, v. 5, n. 10, p. e13178, 4 out. 2010.
GEDDE, S. J. et al. The Tube Versus Trabeculectomy Study: interpretation of results and
application to clinical practice. Current Opinion in Ophthalmology, v. 23, n. 2, p. 118–
126, mar. 2012.
GRECO, A. et al. Emerging Concepts in Glaucoma and Review of the Literature. The
American Journal of Medicine, v. 129, n. 9, p. 1000.e7-1000.e13, set. 2016.
GUARNIERI, F. A. Implantable ocular microapparatus to ameliorate glaucoma or an
ocular overpressure causing disease. [s.l.] Google Patents, 2012.
43
HONG, C.-H. et al. Glaucoma drainage devices: a systematic literature review and current
controversies. Survey of Ophthalmology, v. 50, n. 1, p. 48–60, jan. 2005.
LASER, D. J.; SANTIAGO, J. G. A review of micropumps. Journal of micromechanics
and microengineering, v. 14, n. 6, p. R35, 2004.
LEE, S.; KIM, K. J. Design of IPMC actuator-driven valve-less micropump and its flow rate
estimation at low Reynolds numbers. Smart Materials and Structures, v. 15, n. 4, p. 1103–
1109, 1 ago. 2006.
LI, S.-L. et al. A helical ionic polymer–metal composite actuator for radius control of
biomedical active stents. Smart Materials and Structures, v. 20, n. 3, p. 035008, 1 mar.
2011.
LIN, Y.-C. et al. An Ionic-Polymer-Metallic Composite Actuator for Reconfigurable
Antennas in Mobile Devices. Sensors, v. 14, n. 1, p. 834–847, 6 jan. 2014.
NAM, D. N. C.; AHN, K. K. Design of an IPMC diaphragm for micropump application.
Sensors and Actuators A: Physical, v. 187, p. 174–182, nov. 2012.
NARDINOCCHI, P.; PEZZULLA, M.; PLACIDI, L. Thermodynamically based multiphysic
modeling of ionic polymer metal composites. Journal of Intelligent Material Systems and
Structures, v. 22, n. 16, p. 1887–1897, 1 nov. 2011.
NEMAT-NASSER, S. Micromechanics of actuation of ionic polymer-metal composites.
Journal of Applied Physics, v. 92, n. 5, p. 2899–2915, set. 2002.
NGUYEN, N.-T.; HUANG, X.; CHUAN, T. K. MEMS-Micropumps: A Review. Journal
of Fluids Engineering, v. 124, n. 2, p. 384, 2002.
NGUYEN, T. T. et al. Design, fabrication, and experimental characterization of a flap valve
IPMC micropump with a flexibly supported diaphragm. Sensors and Actuators A:
Physical, v. 141, n. 2, p. 640–648, fev. 2008.
NISAR, A. et al. MEMS-based micropumps in drug delivery and biomedical applications.
Sensors and Actuators B: Chemical, v. 130, n. 2, p. 917–942, 28 mar. 2008.
PAK, J. J. et al. Fabrication of ionic-polymer-metal-composite (IPMC) micropump using
a commercial Nafion. (Y. Bar-Cohen, Ed.)27 jul. 2004Disponível em:
<http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?doi=10.1117/12.539671>.
Acesso em: 1 maio. 2017
PEETERS, A. et al. Quantifying the effect of intraocular pressure reduction on the occurrence
of glaucoma. Acta Ophthalmologica, v. 88, n. 1, p. 5–11, fev. 2010.
PUGAL, D. et al. IPMC mechanoelectrical transduction: its scalability and optimization.
Smart Materials and Structures, v. 22, n. 12, p. 125029, 1 dez. 2013.
44
QUIGLEY, H. A. Glaucoma. The Lancet, v. 377, n. 9774, p. 1367–1377, 16 abr. 2011.
RANJBARZADEH, S. PREDICTIVE MODELING OF STIMULI RESPONSIVE
POLYMER GEL [s.l.] Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2017.
REISS, G. R.; WILENSKY, J. T.; HIGGINBOTHAM, E. J. Laser trabeculoplasty. Survey
of ophthalmology, v. 35, n. 6, p. 407–428, 1991.
SANTOS, J.; LOPES, B.; BRANCO, P. J. C. Ionic polymer–metal composite material as a
diaphragm for micropump devices. Sensors and Actuators A: Physical, v. 161, n. 1–2, p.
225–233, jun. 2010.
SARKISIAN, S. R. Tube shunt complications and their prevention: Current Opinion in
Ophthalmology, v. 20, n. 2, p. 126–130, mar. 2009.
SHAHINPOOR, M. (ED.). Ionic polymer metal composites (IPMCs): smart multi-
functional materials and artificial muscles. Cambridge: Royal Society of Chemistry, 2016.
SHAHINPOOR, M.; KIM, K. J. Design, development, and testing of a multifingered
heart compression/assist device equipped with IPMC artificial muscles. SPIE’s 8th
Annual International Symposium on Smart Structures and Materials. Anais...International
Society for Optics and Photonics, 2001Disponível em:
<http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=1279415>. Acesso em:
1 maio. 2017
TANG, T. B. et al. Implementation of wireless power transfer and communications for an
implantable ocular drug delivery system. IET Nanobiotechnology, v. 2, n. 3, p. 72, 2008.
THAM, Y.-C. et al. Global Prevalence of Glaucoma and Projections of Glaucoma Burden
through 2040. Ophthalmology, v. 121, n. 11, p. 2081–2090, nov. 2014.
TORIS, C. B. et al. Aqueous humor dynamics in ocular hypertensive patients. Journal of
glaucoma, v. 11, n. 3, p. 253–258, 2002.
WEINREB, R. N.; AUNG, T.; MEDEIROS, F. A. The Pathophysiology and Treatment of
Glaucoma: A Review. JAMA, v. 311, n. 18, p. 1901, 14 maio 2014.
WEINREB, R. N.; KHAW, P. T. Primary open-angle glaucoma. The Lancet, v. 363, n. 9422,
p. 1711–1720, 2004.
WILLOUGHBY, C. E. et al. Anatomy and physiology of the human eye: effects of
mucopolysaccharidoses disease on structure and function - a review: Anatomy and
physiology of the eye. Clinical & Experimental Ophthalmology, v. 38, p. 2–11, ago. 2010.
