31049

جداسازي ذرات در ميكروكانال هاي مستقيم با مقاطع عريض و باريك با روش متمركزسازي اينرسايي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1397

1400/08/29

مهدي نويدبخش، ساسان آسيايي

ندارد

مهندسي مكانيك

امروزه يكي از مهمترين علوم در زمينه ي جداسازي ذرات، ميكروفلوييديك اينرسايي ميباشد. اين روش بدليل كارايي در دبي هاي حجمي زياد و همچنين مقرون به صرفه بودن نسبت به ساير روش هاي جداسازي برتري دارد. هدف اين پژوهش انجام حل عددي براي جداسازي ذرات با قطر بيش از 15 ميكرون مي باشد زيرا اين ذرات شباهت زيادي با سلولهاي سرطاني دارند. ابتكار اين پژوهش از آن جهت داراي اهميت است كه دستابي به نتايج دقيق در روش حل عددي منجر به كاهش مدت زمان انجام و هزينه هاي ساخت مي گردد.در همين راستا بررسي ها بر روي ميكروكانالي كه داراي بخش هاي عريض و باريك هستند صورت گرفت كه بخش عريض جهت به دام اندازي ذرات بزرگتر مورد استفاده قرار گرفت. همچنين با تعبيه ي خروجي هاي جانبي در بخش عريض، عمل جداسازي به صورت همزمان با عمل تزريق سيال به وقوع پيوست كه افزايش سرعت جداسازي را به همراه دارد. در اين مدل سازي، حل معادلات ناوير-استوكس با استفاده از روش المان محدود صورت گرفت و نتايج جداسازي و خطوط جريان حاصل گرديد. همچنين تاثير پارامترهاي مختلف از جمله افزايش تعداد مقاطع عريض، تغيير ارتفاع كانال، تغيير طول اوليه ورودي و تغيير طول خروجي هاي جانبي بر درصد به دام اندازي ذرات مورد بررسي واقع گرديد. موارد ياد شده در انجام شبيه سازي عددي گام ابتكاري اين پژوهش نسبت به ساير روش ها بوده كه بررسي نتايج بدست آمده كمك شاياني در جهت ساخت ميكروكانال هاي پيشرفته تر با بالاترين عملكرد مي كند. شبيه سازي مسئله حاضر براي مقادير دبي مختلف نشان داد، دبي ورودي سيال به عنوان عامل كنترل كننده شدت و ضعف گردابه ها، اصلي ترين نقش را در به دام اندازي را دارا است همچنين در مقدار دبي حجمي حدود 0.35 ميلي ليتر بر دقيقه بيشترين درصد جداسازي ذرات با قطر بيشتر از 10 ميكرومتر رخ مي دهد، علاوه بر آن، نقش قسمت جلويي گردابه ها در به دام اندازي تعيين كننده است و كاهش ارتفاع ميكروكانال، مقدار دبي مورد نياز براي رسيدن به گردابه هاي بهينه را بالا مي برد از كاربردهاي مهم جداسازي ذرات مي توان به زمينه ي زيستي و پزشكي جهت غني سازي سلول هاي سرطاني كه در خون گردش دارند، اشاره نمود.

1403/04/24

Separation of particles in straight microchannels with contraction/expansion sections using inertial focusing method

11/20/2022 12:00:00 AM

In the field of particle separation, some inertial microfluidics have gained extensive academic appreciation over the past several years. The leading reason for the popularity is its potential higher-throughput performance than electrokinetic and easy-to-handle methods, and cost-effectiveness compared with microfluidic devices utilizing magnetic beads. In this work, the purpose was to enrich the fluid with particles larger than 15 microns in diameter by designing a rectangular microchannel with an array of contraction-expansion regions, where the expansion regions (reservoirs) trapped larger sized particles. By using the finite element method and solving Navier-Stokes equations, streamlines and vortex shapes are derived. It was found that the highest capture efficiency for particles larger than 10 microns in diameter occurred at an inlet flow rate in the range of 250 to 500 ml/min, near 350 ml/min. In order to systematically study the effect of the channel height, number of reservoirs and the initial length of the contraction region, the capture efficiency were measured as a function of the said parameters. Also, in order to approach practical applications, the effect on the viscosity change of replacement in the blood (non-Newtonian fluid) instead of water was investigated. The medical application of particle separation or fluid enrichment of specific particles, such as circulating cancer cell separation, and applications in the environment, such as water purification, are few of the main applications.

ميكروفلوييديك , ميكروكانال , جداسازي ذرات , ميكروفلوييديك اينرسايي

Inertial Focusing , Microfluidics , Separation of Particles , Fluid Dynamics

Vahid Bagheri Samghabadi

Mahdi Navidbakhsh, Sasan Asiaei