31646

اختلاط قطرات در سيستم ميكروفلوئيديكي رباتيكي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك-تبديل انرژي

1400

1403/7/15

دكتر سيد مصطفي حسينعلي پور

/

مهندسي مكانيك

اختلاط موثر سيالات لزج در مقياس ميكرو از چالش‌هاي مهم در سامانه‌هاي ميكروفلوئيديك است كه تاثير بسزايي در كاربردهاي زيست‌ فناوري و شيميايي دارد. در اين پژوهش، اختلاط قطرات آب ديونيزه و گليسيرين روي يك سطح فوق‌آب‌گريز مورد مطالعه قرار گرفت. سامانه‌ي طراحي‌ و ساخته شده، شامل يك بازوي متحرك است كه توانايي ايجاد حركت‌هاي مختلف را دارد. سامانه ارائه شده نه تنها از مزيت‌هاي سامانه‌هاي ميكروفلوئيديكي بهره مي‌برد، بلكه با استفاده از بازوي رباتيك بر ضعف‌هاي آن در زمينه اختلاط غلبه مي‌‌كند. در اين سامانه با استفاده از پمپ سرنگي، امكان توليد قطرات آب و گليسيرين از 10 تا 20 ميكروليتر وجود دارد. فرايند طراحي آزمايش براي بررسي تاثير چهار پارامتر سرعت چرخشي، سرعت خطي، اندازه قطره و لزجت انجام شد. پس از تصوير برداري از فرايند اختلاط، شاخص اختلاط در هر كدام از آزمايش‌ها از طريق پردازش تصوير با استفاده از نرم‌افزار متلب محاسبه شده است. با بررسي اثر سه نوع حركت خطي، چرخشي و تركيبي بر فرايند اختلاط، نتايج نشان داد كه حركت رفت و برگشتي قطرات تحت تاثير يك مته چرخشي بهترين بازدهي را براي فرايند اختلاط ارائه مي‌دهد. همچنين يافته‌ها حاكي از آن هستند كه لزجت و سرعت چرخشي بيشترين تاثير را بر زمان اختلاط دارند. همچنين با تحليل عدد رينولدز و شاخص اختلاط قابل ملاحظه است كه افزايش سرعت چرخشي و خطي موجب كاهش زمان اختلاط مي‌شود. در بهترين شرايط، قطره آب ديونيزه در عرض 1 ثانيه با قطره گليسيرين 50 درصد وزني و با گذشت 3 ثانيه با قطره گليسيرين 90 درصد كاملا همگن مي‌شود. اين پژوهش نشان مي‌دهد كه تنظيم دقيق پارامترهاي سامانه مي‌تواند بهينه‌سازي فرايند اختلاط را در سيستم‌هاي ميكروفلوئيديك فراهم آورد.

1403/09/14

droplet Mixing in a robotic microfluidic system

10/6/2025 12:00:00 AM

Effective mixing of viscous fluids at the microscale is a significant challenge in microfluidic systems, with crucial impacts on biotechnology and chemical applications. In this study, the mixing of DI water and glycerol droplets on a superhydrophobic surface was investigated. The designed system includes a robatic arm capable of generating various motions. The presented system not only leverages the advantages of microfluidic systems but also overcomes their limitations in mixing by utilizing a robotic arm. By examining the effect of three types of linear, rotational, and combined motion on the mixing process, the results showed that the reciprocating motion of droplets under the influence of a rotating drill offers the best efficiency for the mixing process. A design of experiments (DOE) approach was employed to investigate the impact of four parameters: rotational speed, linear speed, droplet size, and viscosity. The findings indicate that viscosity and rotational speed have the most significant influence on mixing time. Furthermore, by analyzing the Reynolds number and the mixing index based on the results obtained from image processing, it was revealed that increasing both rotational and linear speeds reduces the mixing time. Under optimal conditions, the DI water droplet becomes fully homogenized with a 50 wt% glycerol droplet within 1 second and with a 90 wt% glycerol droplet within 3 seconds. This research demonstrates that precise adjustment of system parameters can optimize the mixing process in microfluidic systems.

ميكروفلوئيديك , ميكروميكسر , رباتيك , فوق آب گريز , سيال لزج , گليسيرين , اختلاط قطرات

Microfluidics , Micromixer , Robotic , Superhydrophobic , High-viscous , Glycerol , droplet mixing

Negin Sadat Hashemabadi

Dr.Seyed Mostafa Hossienalipour