عنوان پایان‌نامه
طراحی و شبیه سازی میکرو محرکه دستگاه BioMEMS برای کاربردهای نانوبیوتکنولوژی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکاترونیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73060;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73060
- تاریخ دفاع
- ۳۰ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- علی گیلانی
- استاد راهنما
- جواد کوهسرخی, رضا عسکری مقدم
- چکیده
- امروزه شناخت خواص مکانیکی سلول جهت تزریق و یا برداشت مواد از داخل آن با کمترین آسیب به غشاء و ساختار زیستی سلول از اهمیت فراوانی برخوردار است و تا کنون تحقیقات گسترده‌ای به کمک ادوات مختلف و از جمله سیستم‌های میکروالکترومکانیکی برای این منظور ابداع و به کار گرفته شده است. ولی متاسفانه با وجود پتانسیل زیادی که سیستم‌های میکروالکترونیکی در این زمینه دارند، کمتر مورد توجه قرار گرفته است و تمرکز اصلی روی ادواتی مرسوم و حجیم است. در روش‌های مرسوم، میکروسوزن با فشاری که به غشای سلول وارد می‌کند، به آرامی در آن نفوذ می‌کند. این در حالی است که در تحقیقاتی که اخیرا گزارش شده، هرچه میکروسوزن تیزتر و با سرعت بیشتر به غشای برخورد کند، میزان آسیب به غشای آن نیز کمتر خواهد بود. این مسئله درحالی اتفاق می‌افتد که علم و کاربرد سیستم‌های الکترومکانیکی به دلیل سهولت ساخت، ارزان بودن، کم حجم بودن و سهولت طراحی بیشتر از پیش مورد توجه قرار گرفته و می‌گیرد. در این پایان‌نامه ضمن تحلیل ساختار و رفتار غشاء سلول به کمک شبیه‌سازی و به‌دست آوردن شرایطی که غشای سلول در آن دچار از هم گسیختگی می‌شود، سیستم میکروالکترومکانیک جدیدی را جهت نفوذ میکروسوزن به درون آن به روش نوینی ارائه می‌کنیم که تا کنون انجام نشده است. در این روش میکروسوزن به سرعت اولیه بالایی با کمک میکرومحرکه الکترواستاتیکی دست می یابد و پس از برخورد به غشای سلول آن را سوراخ و به درون آن نفوذ می‌کند و در محلی مناسب به کمک یک متوقف‌کننده الکترواستاتیکی، از حرکت باز می‌ایستد. همچنین در این پایان‌نامه برای اولین بار تحلیل و شبیه‌سازی برخورد میکروسوزن به غشای سلول و طراحی و شبیه‌سازی میکرومحرکه الکترواستاتیکی برای این هدف یعنی نفوذ به غشای سلول انجام شده است. بیشینه سرعتی که این سیستم به نوک سوزن می¬دهد و پارامترهای دخیل در آن از جمله فنر، نیروی الکترواستاتیکی، ضریب میرایی و جرم سیستم، ارائه می‌گردد. در نهایت موفق شدیم میکرومحرکه الکترواستاتیکی با برد 20± و سرعت نهایی 2/0 که قابلیت توقف در انتهای چرخه حرکتی خود و نفوذ به سلول را دارد، طراحی نماییم. در ادامه فرایند ساختی را برای ساخت این سامانه مورد بررسی قرار داده ایم که آخرین نتایج تجربی آن در این پایان نامه آورده شده است.
- Abstract
- Nowadays, new devices have been invented to make the manipulation of cell and micro devices easier. But there is less attention to the MEMS devices. In this regard, we are to design a new MEMS devise for this purpose. In this thesis a new method is proposed for penetrating the cell membrane using electrostatic micro-actuato. But first of all we have to know the mechanical behavior of cell membrane. Knowing the mechanical property of oocyte membrane is a great concern in Intracytoplasmic sperm injection (ICSI) process. Several studies have been done in order to obtain the desired force for penetrating mouse oocyte and embryo in ICSI processing and it is utilized for characterization of mechanical property of oocyte membrane but this force is highly influenced by the specification of micropipette tip. So in order to have better understanding of the amount of force needed with different type of micropipette, failure stress and distribution of stress in contact region would be needed. It would be utilized in designing actuation systems in ICSI process. In this thesis, first existing models are proposed and the limitation of these models for calculating in contact region would be discussed. Also the ICSI process is simulated with finite element method (FEM) software and validated using real experience. The result of current models is compared with FEM model. Finally by neglecting plastic deformation of the membrane, its failure stress, Neo-Hookean and Mooney-Rivilin parameters are obtained. Also the effect of impact a microneedle with high velocity. After that we have proposed an electrostatic microactuator able to reach high velocity in short time in one direction and stop with less damage and recoil in desired position without mechanical stopper. This device would be applicable in many applications such as optical switching and biological microinjection. In many cases which high velocity microactuator needed mechanical stopper had been used to prevent the device to mo
