عنوان پایان‌نامه
جداسازی ذرات ریستی با استفاده از فناوری ریز سیالات
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک- تکنولوژی نیمه هادی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2928;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74499
- تاریخ دفاع
- ۱۹ خرداد ۱۳۹۵
- دانشجو
- ریحانه توتونی
- استاد راهنما
- مرتضی فتحی پور
- چکیده
- جداسازی ذرات زیستی نقش بسزایی در تشخیص و درمان انواع بیمارها دارد. در این پایان نامه یکی از مؤثرترین افزاره‌های ریز سیالاتی غیرفعال جداساز مبتنی بر اختلاف در ابعاد ذرات با نام جابجایی عرضی قطعی یا DLD مورد بررسی قرار گرفته است. روش جدیدی برای محاسبه مسیر حرکت ذرات پیشنهاد گردیده است. در این روش ابتدا به کمک COMSOL سرعت سیال و سپس به کمک نرم افزار MATLAB مسیر حرکت ذره محاسبه می¬شود. محاسبه مسیر حرکت ذرات در این افزاره به طراحی بهینه‌سازی افزاره کمک می کند. ازجمله مزیت‌های این روش نسبت به روش‌های دیگر، زمان بسیار کوتاه اجرای آن در عین حفظ دقت موردنیاز است که شبیه‌سازی حرکت چندین ذره را در کل طول کانال امکان‌پذیر می‌سازد. همچنین برخورد ذرات با دیواره‌های کانال که نقش به سزایی در عملکرد این نوع افزاره دارد، در محاسبات وارد شده است. بعلاوه استفاده از این روش برای شبیه‌سازی جداسازی ذرات در انواع افزاره‌های ریز سیالاتی امکان‌پذیر است. این افزاره با استفاده از نقش‌نگاری نرم ساخته شده است و نتایج این شبیه‌سازی با آزمون عملی انجام‌شده به‌وسیله ذرات پلی استایرن با ابعاد مختلف موردبررسی و تأیید قرار گرفته است. درنهایت شبیه‌سازی جداسازی گلبول سفید و قرمز خون با این روش انجام‌شده است. قطر بحرانی جداسازی با استفاده از پیش‌بینی مسیر حرکت ذره محاسبه‌شده و تأثیر پدیده برخورد ذره به مانع ستون دوم در قطر بحرانی بررسی گردیده است. همچنین قطر بحرانی در تمام نقاط کانال محاسبه شده و روش جدیدی برای تصحیح دیواره معرفی شده است. این روش قطر بحرانی یکنواخت‌تری را نسبت به روش تصحیح دیواره قدیمی ارائه می کند. در پایان افزاره‌ی جدیدی به نام DEP-DLD معرفی شده است. در این افزاره از دی الکتروفورسیس و DLD به‌منظور جداسازی بر مبنای اختلاف در خواص الکتریکی و ابعاد آن‌ها بهره گرفته‌شده است. به همین دلیل، این افزاره توانایی جداسازی ذرات مختلف را (حتی با اندازه یکسان) با دقت و بازده بالا دارا است. شبیه‌سازی جداسازی سلول‌های سرطانی یا CTC از گلبول-های سفید و قرمز خون با کمک این افزاره انجام گرفته است. افزاره مورد بحث با استفاده از روش جدیدی بنام نقش نگاری سه‌بعدی ساخته شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی، عملکرد افزاره ساخته شده را به خوبی پیش بینی کرده است. واژه‌های کلیدی: ریز سیالات، جداسازی ذرات، افزاره جابجایی عرضی قطعی، شبیه‌سازی حرکت ذرات.
- Abstract
- Separation of biological particles can play an important role in the diagnosis and treatment of various diseases. One of the most effective passive microfluidic devices for particle separation, based on differences in particle size, is Deterministic lateral displacement (DLD). In this thesis, a new method for calculating the trajectory of particle has been proposed. The trajectory of particle motion in this device has been used to optimize the device design. In this method, first the fluid velocity is obtained from COMSOL and then the particle trajectory is calculated using MATLAB code. The method provides very fast runtime, accounting for the particle collisions with the channel’s walls. In addition, a microfluidic device called deterministic lateral displacement is designed and fabricated. Tests carried out with polystyrene beads to verify the simulation results. With this novel fast numerical approach, it is possible to simulate the entire channel for several particles and achieve realistic results. With this method, separation of red blood cells and white blood cells has been studied in a DLD microfluidic device. The critical diameter of separation is calculated by predicting particle trajectory and the effect of collision of particles with second column pillar has been studied. Also, the critical diameter is calculated at all points in the channel and a new wall correction method is introduced. With this method, more uniform critical diameter can be predicted as compared existing wall correction method. Finally, a novel device called DEP-DLD is introduced. In this device, dielectrophoresis and DLD are used for particle separation based on their electrical properties and sizes. For this reason, particles (even with same sizes) can be separated with high accuracy and efficiency. Separation of circulating tumor cells (CTCs) from red and white blood cells has been simulated. And based on these results, a device has been fabricated with a new three dimensional lithography method. Simulation results predicted operation of the fabricated device to a very good extends. Keywords: Microfluidic, Particle separation, Deterministic lateral displacement, Particle trajectory simulation.
