25602

طراحي و شبيه سازي يك ميكروميكسر بهينه به منظور لايز سلولي شيميايي بر ديسك هاي گريز از مركز

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك-بيومكانيك

1398

1400/8/29

دكتر مهدي نويدبخش

مهندسي مكانيك

ميكروسيال دوراني يك زيرشاخه از ميكروسيالات است كه با بهره‌گيري از نيروهاي گريز از مركز باعث مي شود سيال در شبكه‌هاي محصور شده در سيستم‌هاي ديسك شكل دوار حركت كند. اين شبكه‌ها امكان انجام تجزيه و تحليل‌هاي شيميايي و يا بيولوژيكي را مهيا مي كنند و مي توانند در نهايت منجر به ساخت دستگاه هايي با قابليت جايگزيني دستگاه‌هاي رايج براي تشخيص‌هاي پزشكي شوند. المان هاي مهم در ميكروسيالات دوراني شامل دريچه، مخلوط سازي، جداسازي، اندازه گيري و شناسايي مي باشد. المان مخلوط سازي يكي از مهمترين المان ها است كه كاربردهاي مختلفي دارد و هدف از طراحي اين المان رسيدن به يكنواختي و پخش همگن دو نمونه معرف است. ميكروميكسرهاي طراحي شده در ميكروسيالات به دو نوع خودفعال(اختلاط توسط هندسه ميكروكانال ها) و فعال شونده(اختلاط توسط عامل خارجي) تقسيم بندي مي شوند. به عنوان اولين روش پيش پردازش سلول، لايز سلول يا اختلال در غشاي سلولي نقش مهمي را در بدست آوردن اجزاي درون سلولي ايفا مي كند. از روش‌هاي مخلف لايز سلولي، عمدتا دو روش لايز مكانيكي و شيميايي در ميكروسيالات گريز از مركز استفاده شده‌است. در تحقيق حاضر، طراحي و شبيه سازي ميكروميكسر خودفعالِ جديد به منظور لايز شيميايي سلول ها ارائه شده است. اين روش مبتني بر استفاده از ميكروميكسر انقباض-انبساطي به منظور اختلاط موثر نمونه ي سلولي با معرف هاي لايز و در نتيجه ي آن استخراج اجزاي درون سلولي است. در اين پژوهش سه طراحي ميكروميكسر انقباض-انبساطي با يك طول مشخص ميكروكانال به همراه سه مانع مختلف(مستطيلي، نيم دايره، مثلث) بر روي ديسك ميكروسيالاتي گريز از مركز شبيه سازي شد و در دور هاي مختلف(75 تا 5000 دور بر دقيقه)، كيفيت اختلاط در خروجي ميكروكانال تعيين شد. طبق نتايج، در مجموع هندسه ي طراحي شده با موانع مستطيلي كيفيت اختلاط بالاتري را ارائه داد. هندسه ذكر شده در سه دور بهينه 75 ، 100 و 150 دور بر دقيقه به ترتيب كيفيت اختلاط 99.93 % ، 98.83 % و 90.99 % را دارا بود. در روش پيشنهادي، سعي بر اين است كه ميكروميكسر خودفعالي بهينه با كيفيت اختلاط بالا طراحي شود تا در طراحي و پياده سازي لايز سلولي شيميايي بر ديسك هاي ميكروسيالي استفاده شود.

1400/09/10

Design and Simulation of An Optimal Micromixer For Chemical Cell Lysis on Centrifugal Disks

11/20/2022 12:00:00 AM

Rotating microfluid is a subset of microfluidics that uses centrifugal forces to cause fluid to move in microchannels enclosed in rotating disk systems. These microchannels allow chemical or biological analyzes to be performed and can eventually lead to the development of devices that can replace conventional medical diagnostic devices. Some of the important elements in centrifugal microfluids are valves, mixing, separation, measurement and identification. The mixing element is one of the most important elements that has different applications and the purpose of designing this element is to achieve uniformity and homogeneous distribution of the two representative samples. Micromixers designed in microfluidics are divided into two types: passive (mixing by microchannel geometry) and active (mixing by external agent). As the first method of cell preprocessing, cell lysis or disruption of the cell membrane plays an important role in obtaining intracellular components. Among cell lysis methods, mainly mechanical and chemical lysis methods have been used in centrifugal microfluids. In the present study, the design and simulation of a new passive micromixer for the chemical lysis of cells is presented. This method is based on the use of contraction-expansion micromixer in order to effectively mix the cell sample with lysis buffer and thus extract the intracellular components. In this study, three contraction-expansion micromixer designs with a specific microchannel length with three different obstacles (rectangular, semicircular & trianglar) were simulated on a centrifugal microfluidic disk and the mixing quality at the microchannel output was determined in different angular velocities (75 to 5000 rpm). According to the results, generally, the geometry designed with rectangular barriers provided a higher mixing quality. The mentioned geometry in the three optimal angular velocities (75, 100 and 150 rpm) had a mixing quality of 99.93%, 98.83% and 90.99%, respectively. The aim of the proposed method is designing an optimal passive micromixer with high mixing quality to be used in the design and implementation of chemical cell lysis on microfluid disks.

لايز سلولي شيميايي , ديسك هاي ميكروسيالي , نيروهاي گريز از مركز

Microfluidic disc , Centrifugal forces , Cell lysis