20591

۲۰۵۹۱

تحليل عددي موانع در روش دي‌الكتروفورزيس نارسانا براي دست‌ورزي پيوسته ميكروذرات

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي - بيو مكانيك

1395-1397

1397/12/20

دكتر ساسان آسيايي

مكانيك

دست‌ورزي ميكروذرات در علوم مختلف به ويژه علم بيولوژي به روش‌هاي مختلفي قابل انجام است. روش دي‌الكتروفورزيس يكي از پركاربردترين مكانيسمهاي الكتروكينتيك غيرخطي است كه به اندازه ذره، خواص دي‌الكتريك ذره و سيال و گراديان مربع ميدان اعمالي بستگي دارد. از اين رو مي‌توان با مهندسي گراديان ميدان الكتريكي، ذرات مختلف را كنترل و در مسيرهاي مشخصي هدايت كرد. با فراگيري اين روش و به كارگيري آن در تجهيزاتي مانند آزمايشگاه روي تراشه، به فرآيندهاي بيولوژيكي سرعت، دقت و سادگي بخشيده مي‌شود. در واقع مواد و فرآيندهاي شيميايي، زيستي و پزشكي شامل سلول‌ها، پروتئين‌ها، دي‌ان‌اي‌ها و ... هستند كه براي بسياري از كاربردها نياز به جداسازي با كارايي و خلوص بالاي آن‌ها است. در پايان‌نامه حاضر، ميكروكانال دايره‌اي شكل با چند مانع نارسانا (به شكل گل) براي دست‌ورزي پيوسته و متمركزسازي ميكروذرات ۵ ميكرومتري با استفاده از روش دي‌الكتروفورزيس نارسانا به روش تجربي و شبيه‌سازي عددي بررسي شده است. در چنين طرحي، اثر موانع مختلف (با اشكال دايره‌اي، مثلثي و مستطيلي) بر جابجايي ذرات شبيه‌سازي شده است. براي هر نوع مانع پارامترهاي هندسي ديگري از قبيل تعداد موانع (NOH) و ابعاد موانع (SOH) مورد مطالعه قرار گرفته است. حالت بهينه براي مانع دايره تعداد 12 مانع با اندازه 50 ميكرومتر به دست آمده كه در مقايسه با ميكروكانالي مشابه كنترل‌پذيري بيشتر و افزايش 20 درصدي نرخ بازدهي را در ازاي افزايش 32/0 درجه‌اي دما را به همراه داشت. از ميان موانع ياد شده نوع مستطيلي به دليل نفوذ بيشتر با گوشه‌هاي تيز نسبت به ساير موانع باعث مرتب‌سازي ذرات در ولتاژ ۳۰۰ ولت شده است كه به معني بازده متمركزسازي بيشتر از ۹۵ درصد مي‌باشد. در نهايت با افزايش كنترل‌پذيري در طرح حاضر، قابليت جداسازي هم‌زمان چند ذره به آن اضافه شده است.

1398/03/14

Numerical Analysis of Hurdles Effects on Continuous Manipulation of Microparticles by Insulator-based Dielectrophoresis

3/11/2019 12:00:00 AM

Separation of target microparticles from a population of microparticles using microfluidic technology have received lots of attention due to its vast applications. This research work develops a numerical approach through a circular shape microchannel incorporating different hurdles for continuous focusing of 5-µm particles by implementing curvature-induced direct current insulating dielectrophoresis (DC-iDEP) and propose an optimized geometry for electrokinetic transport of microparticles for reaching to high efficiency and purity as performance parameters of isolation process. The present research intend to evaluate DC-iDEP technique capability as a label free method for microparticles separation and compare it to other iDEP based microchannels designs that make use of obstacle and curvature individually for local nonuniform electric fields generation. The developed compact microchannel offers advantages such as improved controllability of particles motion which will bring more efficient separation in low electric field gradients. In this thesis, circular microchannel with several insulating hurdles (flower-shaped) has been investigated for focusing of 5-µm microparticles by experimental and numerical simulation methods. In such a design, the effect of various hurdles shapes (circular, triangular and rectangular) on particle transportation has been simulated. For each type of hurdles, geometrical parametes such as the number of hurdles (NOH) and the size of hurdles (SOH) has been studied. The optimum design with circular hurdles obtained by NOH=12 and SOH=50 µm which has been improved by the terms of controllability, 20% throughout and 0.32° temperature rise in return compared to S-shaped microchannel. Among the different designs of hurdles and patterns, the rectangular hurdles with sharper and more penetrated corners than others, made the particles aligned in one stream at 300 V meaning having a focusing efficiency higher than 95%. Moreover, the design is found to have more controllability and the multiple particle separation feature.