شماره ركورد
34700
پديد آورنده
ميلاد اسفنديار
عنوان
طراحي و ساخت ميكروفلوئيديك و تركيب آن با حسگر مبتني بر كريستال مايع براي شناسايي آناليت بيوشيميايي
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مكانيك
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
1404/12/10
استاد راهنما
سيدمصطفي حسينعلي پور
استاد مشاور
سيده سارا صالحي
دانشكده
مكانيك
چكيده
سامانههاي نوين تشخيص بهعنوان يكي از اركان كليدي فناوريهاي پيشرفته، نيازمند روشهايي غيرتهاجمي، دقيق و قابلاعتماد
براي شناسايي و اندازهگيري آناليتها هستند. در اين پژوهش، با هدف فراهمسازي بستر علمي و فني لازم براي توسعه سامانههاي
تشخيص مبتني بر بلور مايع و فناوريهاي ريزسيالي، عملكرد هر يك از اين دو بخش بهصورت مستقل اما همراستا مورد مطالعه و
انجام شد كه در آن سه روش (PMMA) ارزيابي قرار گرفت. در فاز نخست، بهينهسازي بستر ريزسيالي مبتني بر پليمتيلمتاكريلات
و پردازش پلاسما مورد مقايسه قرار گرفتند. (PEG) آبدوستسازي سطح شامل پوششدهي با نانوذرات آگارز، پلياتيلن گليكول
نتايج اندازهگيري زاويه تماس آب نشان داد پوشش آگارز با حفظ آبدوستي پايدار تا 48 ساعت و كمترين انحراف معيار، بهترين
عملكرد را از نظر ماندگاري و تكرارپذيري ارائه ميدهد. بر اساس اين روش منتخب، عملكرد 81 طرح مختلف ريزسيالي با هندسههاي
در كانالي با طول 20 ميليمتر، عرض 400 mm/s متفاوت مورد بررسي قرار گرفت كه بيشترين سرعت انتقال سيال برابر با 84.58
ميكرومتر، عمق 300 ميكرومتر و خروجي هممحور بهدست آمد. در فاز دوم پژوهش، پاسخ نوري حسگر مبتني بر بلور مايع نماتيك
5 به آناليتهاي مدل شامل سديم كلرايد و اسيد لاكتيك تحت نور قطبيده مورد بررسي كيفي و كمي قرار گرفت. تصاوير نوري CB
و خاكستري استخراج گرديدند. نتايج آماري نشان داد كانالهاي RGB ثبتشده با استفاده از پردازش تصوير تحليل شده و مقادير
و پاسخ نوري در بازههاي زماني اوليه ) 0 )P≤ سبز و آبي بيشترين حساسيت را در تمايز ميان دو آناليت از خود نشان ميدهند ) 0.05
دارد. همچنين، تغيير جهت پاسخ نوري در زمان 30 دقيقه، )R²= و 15 دقيقه( رفتار خطي معناداري با ضرايب تعيين بالا )تا 0.99
بيانگر پويايي بازآرايي مولكولي بلور مايع در حضور آناليتها است. ارزيابي تكرارپذيري در 15 تكرار آزمايشي نشان داد سامانه بلور
مايع در تشخيص اسيد لاكتيك از پايداري بالاتري نسبت به سديم كلرايد برخوردار است. در مجموع، نتايج اين پژوهش با بررسي
دقيق و مستقل دو فاز ريزسيالي و حسگر مبتني بر بلور مايع، چارچوبي تجربي و تحليلي براي توسعه و ادغام آينده اين دو فناوري
در كاربردهاي حسگرهاي پوشيدني زيستي فراهم ميكند.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/05
عنوان به انگليسي
Design and fabrication of a microfluidic system and integration with a liquid crystal-based sensor for the identification of biochemical analyte
تاريخ بهره برداري
3/1/2027 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
ميلاد اسفنديار
چكيده به لاتين
Novel diagnostic systems, as one of the key pillars of advanced technologies, require non-invasive,
accurate, and reliable methods for the identification and measurement of analytes. In this research,
with the aim of providing the necessary scientific and technical groundwork for the future
development of diagnostic systems based on liquid crystals and microfluidic technologies, the
performance of each of these two components was investigated and evaluated independently yet in
a coordinated manner. In the first phase, optimization of a poly(methyl methacrylate) (PMMA)-
based microfluidic substrate was conducted, in which three surface hydrophilization methods,
including coating with agarose nanoparticles, polyethylene glycol (PEG), and plasma treatment,
were comparatively evaluated. Contact angle measurements demonstrated that the agarose coating
exhibited the best performance in terms of hydrophilicity stability, maintaining its effect for up to
48 hours with the lowest standard deviation, indicating superior durability and repeatability. Based
on this selected method, the performance of 81 different microfluidic designs with varying
geometries was examined, among which the highest fluid flow velocity of 84.58 mm/s was
achieved in a channel with a length of 20 mm, a width of 400 μm, a depth of 300 μm, and a coaxial
outlet configuration. In the second phase of the study, the optical response of a sensor based on
nematic liquid crystal 5CB to model analytes, including sodium chloride and lactic acid, was
qualitatively and quantitatively investigated under polarized light. The acquired optical images
were analyzed using image processing techniques, and the corresponding RGB and grayscale
values were extracted. Statistical analysis revealed that the green and blue channels exhibited the
highest sensitivity in distinguishing between the two analytes (P ≤ 0.05), and that the optical
response at early time points (0 and 15 minutes) showed a significant linear behavior with high
coefficients of determination (up to R² = 0.99). Moreover, the reversal of the optical response trend
at 30 minutes indicates the dynamic nature of molecular reorientation of the liquid crystal in the
presence of the analytes. Repeatability assessment over 15 experimental replicates demonstrated
that the liquid crystal system exhibits higher stability in the detection of lactic acid compared to
sodium chloride. Overall, by conducting a detailed and independent investigation of the
microfluidic and liquid crystal–based sensing phases, this study provides an experimental and
analytical framework for the future development and integration of these two technologies in
wearable biosensing applications.
كليدواژه هاي فارسي
بلورمايع , نانو ذره , آگاروز , ريزسيال , سيستم هاي تشخيص , پاسخ هاي نوري
كليدواژه هاي لاتين
liquid crystal , nanoparticle , agarose , Diagnostic systems , optical response , microfluidic technology
Author
Milad Esfandiar
SuperVisor
seyed mostafa hoseinalpour