26941

جداسازي سلولهاي خوني و سرطاني با استفاده از هيدروديناميك جريان خون در ميكرو كانالها

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي پزشكي- بيومكانيك

1392

1401/4/18

مهدي نويدبخش

رابرت تيلور

مهندسي مكانيك

سرطان دومين عامل اصلي مرگ و مير در دنيا به شمار ميرود. در چندين سال اخير بسياري از توجهات به ارائه روش‌هاي جداسازي سلولهاي سرطاني در حال گردش در بدن معطوف شده است. يكي از روش‌هاي كارآمد جداسازي سلول‌هاي سرطاني در مقياس ميكرو، بهره‌گيري از نيروهاي اينرسيايي است. در اين روش چون از ميدان نيروي خارجي استفاده نمي‌شود، هندسه‌ي تجهيز، ميزان نيروهاي هيدروديناميكي اعمالي به ذرات معلق در پلاسما را مشخص مي‌سازد. از اين رو بهينه‌سازي هندسه و يا معرفي هندسه‌هاي جديد كه داراي قابليت جداسازي بيشتر و بهتر باشند، مطلوب است. براي اين منظور در اين پژوهش به شبيه‌سازي حركت ذرات غوطه‌ور در سيال حامل در درون ميكرو كانال‌هاي مارپيچي براي چهار هندسه‌ي متفاوت ميكرو كانال‌هاي مارپيچي با مقطع يكنواخت ذوزنقه‌اي و مستطيلي و هندسه‌هاي تلفيقي حاصل از كوپل كردن ميكرو كانال‌هاي مارپيچي مقطع ذوزنقه‌اي با آرايه‌هاي انقباضي-انبساطي با گذار ناگهاني و يكنواخت با محوريت يافتن بهترين طراحي با پرداخته است. در اين راستا كدهاي شي گراي مربوط به هندسه و معادلات حاكم بر حركت فاز پيوسته(پلاسما) و ناپيوسته (سلول‌هاي خوني و سرطاني) در نرم‌افزار منبع باز OpenFOAM نوشته شده و كامپايل شده است. نتايج شبيه‌سازي عددي اين چهار هندسه‌ي ارائه شده در اين رساله از نظر توزيع جريان اصلي و ثانويه‌ي دين، ورتيسته هاي دين، توزيع فشار، موقعيت تعادلي نهايي ذرات و پيش‌بيني احتمال آسيب به ذرات مورد بررسي و مقايسه قرار گرفته‌اند. نتايج حاكي از آن است كه با تلفيق آرايه‌هاي انقباضي-انبساطي با گذار هموار بين آرايه‌ها در طراحي ميكرو كانال‌هاي مارپيچي مي‌توان در دبي برابر با ساير هندسه‌هاي تحت بررسي با حفظ درجه خلوص و بازدهي، تمركز سلولي در زمان 29% كوتاهتر و به‌تبع آن آسيب و فروپاشي 52% كمتري براي ذرات داشت.‬‬‬‬‬‬‬

1401/06/18

Separating Circulating Tumor Cells from Blood Cells via Blood’s Hydrodynamic in Microchannels

1/1/1900 12:00:00 AM

Cancer is known to be the second leading cause of death in the world after heart disease. In recent years, much attention has been paid to present novel methods for isolating circulating cancer cells. One of the efficient methods of isolating cancer cells on a micro scale is the use of inertial forces. Through this method, because no external equipment is used to generate power, the geometry of the equipment determines the amount of hydrodynamic forces applied to the suspended particles in the plasma. Therefore, it is desirable to optimize the geometry or introduce new geometries which have more and better separation capabilities. For this purpose, in this study, with a focus on finding the best design, the motion of particles immersed in the carrier fluid inside spiral microchannels for four different geometries having a uniform rectangular and trapezoidal cross-sectional geometries and when coupling trapezoidal cross-sectional spiral microchannels with contraction expansion arrays with abrupt and smooth transition between the arrays were simulated. To this end, object-oriented codes related to geometry and governing equations of motion for both continuous (plasma) and discontinuous (blood cells and cancer cells) phases were written and compiled in OpenFOAM open source software. The results of this simulation have been validated with experimental results for different flow rates. The results of numerical simulation of these four geometries proposed in this paper have been studied and compared in terms of main and secondary Dean flow distribution, Dean vortices, pressure distribution, final equilibrium position of particles and prediction of particle lysis probability. The results indicate that by combining contraction-expansion arrays with smooth transitions between the arrays in the design of spiral microchannels, at similar flow rates in contrast to other investigated geometries, can happen 29% more rapidly, and consequently less cell damage (about 52% less than the uniform design) are exerted to the particles. This is while the same degree of purity and separation efficiency is maintained.

ميكرو سيالات , ميكرو كانال‌هاي مارپيچي , جريان دين , تمركز ذرات , جداسازي سلولي , نيروهاي اينرسيايي , آرايه‌هاي انقباضي-انبساطي

Microfluidic , Spiral Microchannels , Dean flow , Particle Focusing , Cell sorting , Inertial Forces , Contraction-Expansion Arrays (CEA)s

Zahra Hashemi Shahraki

Dr.Mehdi Navid Bakhsh