عنوان پایان‌نامه
اثرات متقابل سلول ها و میدان الکتریکی تحت اثر پدیده دی الکتروفورسیس
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3555;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3555;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80105;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80105
- تاریخ دفاع
- ۲۵ آبان ۱۳۹۵
- دانشجو
- کیا داستانی
- استاد راهنما
- مهدی مقیمی زند
- چکیده
- در سال های اخیر از پدیده دی الکتروفورسیس به طور گسترده ای برای حرکت دادن کلوییدها، ذرات زیستی مانند گلوبولهای سفید و قرمز خون، پروتئین ها، DNA، باکتریها، سلولهای سرطانی، مخمرها و میکروارگانیسم ها و... استفاده شده است. ایده اصلی تحقیق پیشرو، لحاظ کردن حضور ذره در حل معادلات الکتریکی حاکم بر مساله می باشد که در پی آن دو ایده برهمکنش محیط-ذره و برهمکنش ذره-ذره در میدان الکتریکی یکنواخت مطرح می شود. اجرای این ایده نیازمند به کار گیری روش های حل مناسب با توجه به شرایط مرزی داخلی (روی مرز ذره) می باشد. به همین منظور روش عددی سطح مشترک (IIM) که یک روش تفاضلات محدود اصلاح شده است، برای حل معادلات میدان الکتریکی در حضور ذره استفاده شده و نیروی دی الکتروفورسیس با استفاده از انتگرال گیری از تنسور تنش مکسول روی مرز ذره محاسبه می شود. برهمکنش محیط-ذره یعنی اثرات متقابل ذره و میدان بر یکدیگر. حضور ذره باعث قطبیده شدن سیال مجاور و بوجود آمدن غیریکنواختی های محلی در میدان الکتریکی می شود که معمولا از آن در تحقیقات پیشین صرف نظر شده است. مهم ترین و شناخته شده ترین اثر میدان الکتریکی بر ذره، نیروی دی الکتروفورسیس است. نیروی دی الکتروفورسیس نیرویی است که به یک ذره دی الکتریک در حضور میدان الکتریکی غیر یکنواخت وارد می شود. در این تحقیق این نیرو از نتیجه حل معادلات میدان الکتریکی با در نظر گرفتن حضور ذره با استفاده از انتگرال گیری از تنسور تنش مکسول روی مرز ذره محاسبه شده و با روش EDM مقایسه می شود و در مورد عوامل اثرگذار بر اختلاف این دو روش که مهمترین آنها شعاع ذره و نسبت ثابت دی الکتریک محیط به ثابت دی الکتریک ذره می باشد بحث می شود. در گام بعد برهمکنش دو ذره در میدان الکتریکی یکنواخت بررسی می شود. وقتی دو ذره در مجاورت یکدیگر و در فاصله کم قرار می گیرند، غیریکنواختی ای که هر ذره در میدان الکتریکی بوجود می آورد روی ذره دیگر اثر می گذارد. در نتیجه دو ذره نیرویی به هم وارد می کنند که می تواند جاذبه و یا دافعه باشد. در این تحقیق به طور مفصل در مورد برهمکنش دو ذره و عوامل موثر بر آن و جاذبه یا دافعه بودن آن بحث شده است و نتایج بسیار جالبی ارائه شده است. از جمله عوامل موثر به نیروی برهمکنش دو ذره، می توان به خواص دی الکتریک ذرات، فاصله و راستای قرارگیری دو ذره نسبت به خطوط میدان الکتریکی اشاره کرد. در این تحقیق این عوامل مورد مطالعه قرار گرفته و در خصوص آن بحث شده است.
- Abstract
- In recent years, dielectrophoretic force has been used to manipulate colloids, inert particles, and biological microparticles, such as red blood cells, white blood cells, platelets, cancer cells, bacteria, yeast, microorganisms, proteins, DNA, etc. In the current study the governing electric potential equations have been solved in the presence of cells for the purpose of studying particle-particle and particle-electric field dielectrophoretic interaction. Immersed Interface Method (IIM) which is a modified finite difference method is used to solve the governing 2D elliptic electrostatic and quasi-electrostatic equations with irregular boundaries. A neutral particle polarizes under the application of an electric field and causes local nonuniformity in electrostatic potential distribution. So cells experience electric stresses on its surface. The electric stress on cell surface is calculated by Maxwell Stress Tensor (MST) on both sides of cell. DEP force is calculated by integrating electric stress on particle surface. In the present study calculated electric stresses is validated by DEP force calculated using EDM method and exact solution. Electric field induced particle interaction and particle chain are attributed to DC Dielectrophoresis, and we neglect other electrokinetic effects such as electrophoresis and electro-osmosis. Electrophoresis can be neglected if the particles are not charged. The effect of applied voltage, dielectric constants of cells and cells orientation on particle-particle interaction force has been studied. Keywords Dielectrophoresis, particle-particle interaction, particle-field interaction, Immersed Interface Method
