Modelado, simulación y fabricación de una microválvula para glaucoma

Abstract

Glaucoma is a group of pathologies associated with the progressive damage of the optic nerve that leads to blindness. In patients with glaucoma, treatments reduce intraocular pressure through medications or implanted devices. This thesis is based on the specifications described in the Patent of Invention AR058947 "Microaparate implantable in the eye to alleviate glaucoma or ocular pressure-causing disease" where it is proposed the manufacture of an active device for the control of the flow of aqueous humor based on the use of conductive polymers. For the design and simulation of the operation of the devices, computational tools based on the finite element method were used. In particular, a fluid-structure model of the hydraulic-actuator module and a solid bilayer thermoelastic model of the actuator were implemented. Eye-valve system models were implemented using electrical circuits and ordinary differential equations systems in Matlab's Simulink. Molds were designed and built for the manufacture of hydraulic modules with biocompatible elastomers, using 3D printers and numerical control milling machines. Linear actuators (beams) and diaphragms for the microvalves based on conductive polymers were manufactured, they were characterized by electrochemical techniques and kinematic measurements. The linear actuators manufactured from Kapton-PPy (DBS). The resistances obtained in the hydraulic modules of the valves manufactured are below the expected values for the microvalve, the characteristics of the manufactured actuators are close to the values reported in the literature.

El glaucoma es un grupo de patologías asociadas al daño progresivo del nervio óptico que conduce a la ceguera. En pacientes con glaucoma los tratamientos reducen la presión intraocular mediante medicamentos o dispositivos implantados. En esta tesis se parte de las especificaciones descriptas en la Patente de Invención AR058947 “Microaparato implantable en el ojo para aliviar glaucoma o enfermedad causante de sobrepresión ocular” donde se propone la fabricación de un dispositivo activo para el control del caudal de humor acuoso basado en el uso de polímeros conductivos. Para el diseño y la simulación del funcionamiento de los dispositivos se emplearon herramientas computacionales basados en el método de elementos finitos. En particular se implementó un modelo fluido-estructura del módulo hidráulico-actuador y un modelo termoelástico sólido bicapa del actuador. Se implementaron modelos del sistema ojo-válvula utilizando circuitos eléctricos y sistemas de ecuaciones diferenciales ordinarias en Simulink de Matlab. Se diseñaron y construyeron moldes para la fabricación de módulos hidráulicos con elastómeros biocompatibles, utilizando impresoras 3D y fresadoras de control numérico. Se fabricaron actuadores lineales (vigas) y diafragmas para la microválvulas basados en polímeros conductivos, los mismos fueron caracterizados mediante técnicas electroquímicas y mediciones cinemáticas. Los actuadores lineales fabricados de Kapton-PPy(DBS). Las resistencias obtenidas en los módulos hidráulicos de las válvulas fabricadas están por debajo de los valores esperados para la microválvula, las características de los actuadores fabricados se aproximan a los valores reportados en la bibliografía.