Determinación de coeficientes de transferencia de calor de Cryotop abierto y cerrado bajo distintas condiciones de calentamiento

Abstract

Los dispositivos denominados Cryotop®, presentan a nivel internacional alta eficiencia en la vitrificación de material genético como son los ovocitos y embriones. Tienen un volumen muy pequeño para lograr la vitrificación durante el enfriamiento con nitrógeno líquido, minimizando la formación de hielo intracelular que puede ser letal para las células. El Cryotop@ es uno de los más utilizados y está conformado por una delgada cinta de polipropileno sobre la cual se deposita una microgota de 0.1-0.2 μL. Las dimensiones tan pequeñas dificultan la medición de temperatura vs. tiempo. El proceso de calentamiento de muestras vitrificadas en dispositivos como el Cryotop® está gobernado por la transferencia de energía. Matemáticamente se puede describir este fenómeno mediante la resolución de la ecuación diferencial de conducción de calor en estado transiente. El coeficiente de transferencia de calor en la interfase (h) es un parámetro fundamental que interviene en la condición de contorno y está relacionado con las condiciones fluidodinámicas que existen en la interfase material biológico -fluido externo. En el caso de Cryotop®Seki and Mazur (2011) reportaron varios protocolos de calentamiento siendo el fluido externo agua, aire, o una solución de sacarosa (todos a una temperatura de 23ºC). Estos autores demostraron que muestras vitrificadas sometidas a distintas velocidades de calentamiento sufrieron distinto grado de letalidad; por ende la velocidad de calentamiento es crítica ya que puede producirse recristalización y/o devitrificación de la solución biológica si esta velocidad es baja. Seki and Mazur (2011) diseñaron una termocupla de 50μm que permitió medir la historia térmica de muestras en Cryotop® bajo distintos protocolos de enfriamiento y calentamiento, demostrando que el calentamiento representa una etapa fundamental para evitar la formación de hielo. En literatura no existe información acerca de valores o rangos de h durante el calentamiento de muestras biológicas vitrificadas que se someten a distintos procesos de calentamiento (agua, aire o solución sacarosa). Además, estos valores no pueden calcularse a partir de correlaciones de números adimensionales como Nusselt vs. Reynolds ya que los dispositivos tienen geometría irregular y son heterogéneos (formados por plástico+microgota). Es por ello que el objetivo del presente trabajo es simular numéricamente la transferencia de energía durante el calentamiento de Cryotop® sometido a distintas condiciones operativas para obtener la temperatura predicha versus tiempo y comparar con los datos experimentales obtenidos por Seki and Mazur (2011). A partir de estas historias térmicas se busca calcular los h que representan cada protocolo y sistema teniendo en cuenta propiedades térmicas variables con la temperatura, geometría irregular y diferentes materiales (soporte plástico y hielo/agua vítrea para solución biológica).