33104

بررسي تأثير هم افزايي نيروهاي محركه الكتريكي و مغناطيسي به منظور بهبود تفكيك جريان‌هاي فشرده در ميكروكانال‌هاي شاخه‌دار

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1401

30/11/1403

دكتر سيد نظام‌الدين اشرفي‌زاده

-

مهندسي شيمي، نفت و گاز

جداسازي ذرات و سلول‌هاي با ابعاد كوچك ميكرو و نانو، همواره از مهم‌ترين چالش‌هاي علوم مرتبط به شمار رفته است. تفكيك و جداسازي سلول‌ها، به خصوص سلول‌هاي خوني، از بارزترين نمونه‌هاي اين چالش‌هاست. تفكيك جريان پينچ شده روشي مدرن مبتني بر اندازه، براي جداسازي سلول‌ها است. به دليل پتانسيل بالاي اين سامانه، طي ساليان گذشته روش‌هاي گوناگوني براي بهبود عملكرد آن مورد تحقيق و توسعه قرار گرفته است. با توجه به محدوديت‌هاي كنوني اين سامانه لازم است تا با تلفيق آن با نيرو‌هاي خارجي عملكرد آن را بهبود داد. در اين مطالعه، با اعمال دو نيروي دي‌الكتروفورز و مگنتوفورز به تفكيك جريان پينچ شده به صورت جداگانه و همزمان، بهبود عملكرد جداسازي سلول‌هاي پلاكت، گلبول قرمز، گلبول سفيد و سلول‌هاي تومور در گردش، در بستر خون از يكديگر بررسي شده است. بدين منظور با حل معادلاتي همچون ناوير-استوكس براي حركت سيال، معادله اولر براي تعقيب ذرات، قانون دوم نيوتون، معادله لاپلاس براي چگالي جريان و معادله ماكسول-استفان براي ميدان الكترومغناطيسي نتايج مورد نياز به دست آمده است. اثرات پارامترهاي عملياتي كليدي مختلف مانند نرخ جريان ورودي بافر، عرض بخش فشرده، ولتاژ اعمال شده، فركانس و قدرت ميدان مغناطيسي را بر بازده جداسازي در چهار نوع مختلف سامانه با اعمال و عدم اعمال دو نيرو دي‌الكتروفورز و مگنتوفورز بررسي شده است. نتايج بررسي‌ها نشان داد كه در مقادير بهينه‌ي عملكردي شاملW_p=20 μm، Q_2=1250 μl/h، f=100 kHz، V=3 V و M=1.5 T سامانه بهترين عملكرد را دارد و ميزان جداسازي سلول‌هاي پلاكت، گلبول قرمز، گلبول سفيد و سلول‌هاي تومور در گردش از خون همگي به 100% ميل مي‌كنند. همچنين، با بررسي اثر اعمال دو نيرو، به صورت جداگانه و همزمان نتايج نشان مي‌دهد كه با وجود اثر موفق اين دو نيرو به صورت جداگانه، در صورت اعمال همزمان آن‌ها بازدهي جداسازي اين سامانه، به شدت افزايش يافته و تا حد جداسازي كامل مي‌رسد.

1403/12/13

Exploring the Synergistic Impact of Electric and Magnetic Driving Forces to Enhance Pinched Flow Fractionation in Branched Microchannels

2/18/2026 12:00:00 AM

The separation of micro and nano-sized particles and cells has always been regarded as a significant difficulty in the relevant scientific fields. The separation of cells, particularly blood cells, exemplifies these issues prominently. Pinched flow fractionation is a contemporary size-dependent technique for cellular separation. Given the system's significant potential, several approaches to enhance its performance have been investigated and developed in recent years. Given the existing constraints of this system, enhancing its performance via the integration of external factors is imperative. This study investigates the enhancement of separation performance for platelet cells, red blood cells, white blood cells, and circulating tumor cells in a blood medium by separately and simultaneously applying the forces of dielectrophoresis and magnetophoresis to pinched flow fractionation. To do this, the necessary conclusions were achieved by solving equations like the Navier-Stokes equation for fluid dynamics, Euler's equation for particle trajectory, Newton's second law, Laplace's equation for current density, and the Maxwell-Stefan equation for the electromagnetic field. The impact of critical operating parameters, including buffer input flow rate, pinched section width, applied voltage, frequency, and magnetic field strength, on separation efficiency has been examined across four distinct systems, both with and without the application of dielectrophoresis and magnetophoresis forces. The device exhibits optimum performance at W_p=20 μm, Q_2=1250 μl/h, f=100 kHz،, V=3 V, and M=1.5 T, achieving effective separation of platelet cells, red blood cells, white blood cells, and tumor cells. In circulation, all parties want complete fulfillment. Furthermore, an analysis of the impact of applying two forces, both individually and concurrently, reveals that while each force is effective in isolation, their simultaneous application significantly enhances the separation efficiency of the system, achieving complete separation.

تفكيك جريان پينچ شده , ريزسيالش , جداسازي سلولي , دي‌الكتروفورز , مگنتوفورز

Pinched flow fractionation , Microfluidics , Cell separation , Dielectrophoresis , Magnetophoresis

Mahdi Zare

Seyed Nezamedin Ashrafizadeh