شماره ركورد
33574
پديد آورنده
ايمان اصلاني
عنوان
بهينه سازي هندسه ميكروكانال به منظور كنترل موثر پخش تيلور
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي - گرايش فرآيندهاي جداسازي
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/04/04
استاد راهنما
دكتر سيد نظام الدين اشرفي زاده
استاد مشاور
بنده استاد مشاور نداشته ام.
دانشكده
مهندسي شيمي، نفت و گاز
چكيده
امروزه كنترل پراكندگي باند آناليتها يكي از مهم¬ترين چالش¬هايي است كه در اكثر سامانه¬هاي تشخيصي، دستگاه¬هاي آناليز نمونه-هاي بيولوژيكي در طيف سنجي پزشكي (مانند LOC ها)، تجهيزات كروماتوگرافي و دارورساني توجه¬هاي زيادي را به خود جلب كرده است. لذا كنترل پراكندگي در سامانه¬هاي نامبرده موجب حاصل شدن اندازه¬گيري¬هاي قابل اعتماد و دقيق با حداقل خطا، بهبود وضوح تصاوير، حساسيت بالا و بهبود عملكرد كلي سامانه مي¬شوند. بهينهسازي هندسه¬هاي مختلف ميكروكانالها به عنوان يكي از رويكرد¬هاي اصلي و كاربردي جهت كنترل ميزان پراكندگي باند آناليت به شمار مي¬رود. در اين مطالعه چهار نوع هندسه مختلف از ميكروكانالها جهت بررسي ميزان درصد پراكندگي باند آناليت در نظر گرفته شده كه از ميان اين چهار نوع هندسه، يك هندسه به عنوان هندسه منتخب با حداقل ميزان پراكندگي نسبت به ساير هندسه¬ها انتخاب شد. سپس تاثير پارامترهايي همچون پتانسيل زتا ديواره، اندازه ولتاژ اعمالي و پارامتر نسبت شعاع انحناي داخلي به شعاع انحناي خارجي بخش منحني شكل ميكروكانال، بر هندسه منتخب بررسي شده است. به همين منظور معادلات لاپلاس و ناوير استوكس در حالت پايا براي تعيين توزيع ميدان الكتريكي و سرعت و همچنين معادله نفوذ – جابهجايي در حالت ناپايا براي توزيع غلظت باند آناليت در طول ميكروكانال توسط نرم افزار كامسول نسخه 2.6 با بهره¬گيري از روش عددي المان محدود حل شدند. نتايج نشان مي¬دهد كه ميزان پراكندگي در ميكروكانال Type I براي هر دو حالت قبل و بعد از بهينهسازي مقداري مشابه دارند. از طرفي ميزان پراكندگي در ميكروكانالهاي Type II، Type III و Type IV در حالت بعد از بهينهسازي نسبت به قبل از بهينهسازي به ترتيب 60، 48 و 32 درصد كاهش داشته است. ضمن بررسي تاثير پارامترهاي مختلف، نتايج نشان دادند كه با افزايش پتانسيل زتا ديواره از -0.1 V تا -0.5 V ميزان پخش باند آناليت در حالت بعد از بهينهسازي از 25 به 90 درصد افزايش يافته است. اما از طرفي با تغيير پارامتر نسبت شعاع انحناي داخلي به خارجي (R_r) از1.0 تا 5.0 ميزان پخش در حالت هندسه بهينه شده از 42 درصد به 15 درصد كاهش داشته است. بنابراين با توجه به نتايج، كنترل هرچه موثر¬تر پراكندگي باند آناليت مي¬تواند در طراحي سامانه¬هاي آناليز شيميايي و زيستي شامل آزمايشگاه روي ديسك/تراشه و مواردي از اين قبيل كمك كننده باشد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/05/25
عنوان به انگليسي
Optimizing the Microchannel Geometry for Effective Control of Taylor Dispersion
تاريخ بهره برداري
6/25/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
ايمان اصلاني
چكيده به لاتين
Currently, the management of analyte band dispersion is a significant and widely discussed issue in various diagnostic systems including medical spectroscopy devices used for analyzing biological samples, as well as in analytical technologies such as chromatography and drug delivery equipments. Hence, the management of dispersion in the aforementioned systems results in dependable and precise measurements with little error, enhanced image resolution, heightened sensitivity, and overall system performance enhancement. The aforementioned interpretations highlight the significance of optimizing various microchannel geometries as a primary and practical method for regulating the dispersion of the analyte band. The current study investigated the dispersion of analyte bands in four different microchannel geometries. Profiles of concentration, velocity, and electric potential were drawn before and after fixing the geometry variables. Among the four geometries, one was identified as the selected geometry with the lowest dispersion compared to the others (Optimum geometry). The study examined the impact of various parameters, including the wall zeta potential, the applied voltage, and the ratio of the radius of internal to external curvature of the curved part of the microchannel, on the optimum geometry. Finite element numerical approach was used to solve the Laplace and Navier-Stokes equations at steady state conditions, which determined the electric field and velocity distribution. Additionally, the diffusion-convection equation in unsteady state was calculated to spread the concentration of the analyte band along the microchannel. The findings indicate that dispersion in the Type I microchannel is roughly 70% before and after optimization. In contrast, optimization has reduced dispersion in Type II microchannel by 60%, by 48% in Type III, and by 32% in Type IV. In addition, with the increase of zeta potential from ζ= -0.1 to ζ= -0.5 V and the applied voltage from 20 V to 60 V, the dispersion of the analyte band has increased in the post – optimization state from 25% to 90% and 80%, respectively. On the other hand, by changing the ratio of internal to external curvature radius parameter from Rr = 0.1 to Rr = 0.5, the amount of dispersion in the post-optimized mode has decreased from 42% to 15%. Thus, based on the findings, it is evident that enhancing control over the dispersion of the analyte band might be advantageous in the development of analytical systems, such as lab on disk and lab on chip.
كليدواژه هاي فارسي
پخش باند آناليت , ميكروكانال , بهينهسازي هندسه , پتانسيل زتا , آزمايشگاه روي تراشه
كليدواژه هاي لاتين
Analyte dispersion , Microchannel , Geometry optimization , Zeta potential , Lab-on-chip
Author
Iman Aslani
SuperVisor
Prof. Dr. Seyed Nezameddin Ashrafizadeh