عنوان پایان‌نامه
طراحی و شبیه سازی دستگاه میکرو سیال برای جداسازی سلولهای سرطانی با استفاده از پدیده دای الکترو فورسیز
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3627;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3627;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81446;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81446
- تاریخ دفاع
- ۲۲ دی ۱۳۹۵
- دانشجو
- رضا جاویدی
- استاد راهنما
- مهدی مقیمی زند
- چکیده
- جدایش سلولی، یک مرحله ضروری در تحقیقات بیولوژیکی می باشد و کاربردهای مهمی در بسیاری از زمینه ها مانند ارزیابی محیطی، تولید غذا و صنعت داروسازی دارد. وسایل میکروسیال به طور روزافزون برای جداسازی سلول ها مورد استفاده قرار می گیرد. علت این استفاده هزینه، دقت، اثربخشی و سایر مزیت های این روش نسبت به سایر روش های میکروسکوپی و ماکروسکوپی موجود می باشد. میدان های نیرویی مختلفی برای جدایش سلول ها در سیستم های میکروسیال می توانند حضور داشته باشند. این نیروها، عبارتند از نیروی گرانش، نیروی هیدرودینامیک، نیروی الکتریکی، نیروی صوتی، نور، نیروی مغناطیسی، نیروی اینرسی و ... . یکی دیگر از این روش ها استفاده از پدیده دی الکتروفورسیس است. این جدایش می تواند با و بدون استفاده از برچسب بیوشیمیایی خاص هر سلول، انجام شود. این روش که با استفاده از میدان الکتریکی غیریکنواخت می تواند ذرات زیستی را از یکدیگر جدا کند، مزیت های منحصر به خود را دارد. انعطاف در فرایند، قابلیت کنترل فرایند و هزینه کمتر، از جمله این مزیت ها است. یکی از کاربردهای رایج جداسازی به این روش، جداسازی سلول های سرطانی موجود در جریان خون است. جداسازی این سلول ها از جریان خون با توجه به تعداد بسیار کم آن ها در مقایسه با دیگر سلول های موجود در خون و شباهت فیزیکی آن ها چالش بزرگی است که تا امروز روش های محدودی برای آن پیشنهاد شده است. دی الکتروفورسیس حرکت ذرات در میدان الکتریکی غیر یکنواخت است که ناشی از برهم کنش ذرات دوقطبی و گرادیان فضایی میدان الکتریکی می باشد. تفاوت در ضرایب دی الکتریک و رسانایی ذرات مختلف و محیط سوسپانسیون در فرکانس های مختلف مبنای جداسازی با استفاده از این روش قرار می گیرد. بدین منظور ساختارهای مختلفی برای ایجاد میدان الکتریکی غیریکنواخت اعمالی موثر در جداسازی توسط محققان ارائه شده است. در اکثر این ساختارها با توجه به ارتباط مستقیمی که سلول ها با الکترودها دارند امکان آسیب رسیدن به سلول ها افزایش می یابد. همچنین ایجاد میدان های الکتریکی بسیار قوی در این ساختارها در کنار اثر گذاری کم آن ها بر این ذرات باعث آسیب دیدن سلول ها می شود. در این پایان نامه ساختار دستگاه میکروسیالی معرفی شده است که میدان الکتریکی غیریکنواخت مورد نظر برای هدایت سلول ها با بهره گیری از تغییر ولتاژ اعمالی به الکترودهای سه بعدی مسطح و مانع های عایق ایجاد می شود. نتایج شبیه سازی انجام شده نشان می دهد ویژگی منحصر بفرد طرح ارائه شده معرفی میکروکانالی است که در همه نقاط آن نیروی دی الکتروفورسیس تقریباً یکنواختی بر ذرات معلق اعمال می شود. یعنی کانال به گونه ای طراحی شده است که گرادیان مربع میدان به صورت تقریبا یکنواخت در عرض کانال پخش شود در حالی که ماکزیمم میدان الکتریکی ایجاد شده در کانال مینیمم مقدار خود را داشته باشد. بدیهی است راندمان جداسازی در این حالت به بیشترین مقدار ممکن خواهد رسید و موقعیت ذرات در کانال تأثیری در روند کار نخواهد داشت. از سوی دیگر با توجه به اینکه ذرات مختلف در این کانال به دو سوی آن هدایت می شوند این ساختار قابلیت جداسازی کامل ذرات و هدایت آنها به دو کانال مجزا در یک مرحله و به صورت پیوسته را خواهد داشت. واژه‌های کلیدی: آزمایشگاه برروی تراشه، دی الکتروفورسیس، جداسازی، سلول های سرطانی، شبیه سازی عددی، دستگاه میکروسیال
- Abstract
- Cell separation, an essential step in biological research is the important applications in many fields such as environmental assessment, food production and the pharmaceutical industry. Due to the cost, accuracy, effectiveness and other advantages of this method compared to other methods, Microfluidic devices are increasingly used to separate cells. The motion of bioparticles in a microfluidic environment can be actively controlled using several tuneable mechanisms, including hydrodynamic, electrophoresis, dielectrophoresis, magnetophoresis, acoustophoresis, thermophoresis and optical forces. Cell separation with this methods can be done with or without the use of specific biochemical tag of each cell. This method, which uses non-uniform electric field can separate biological particles, has its own unique advantages such as flexibility in process control capability and lower cost process. Dielectrophoresis phenomenon is the one of the most common separation technique to isolate cancer cells in the bloodstream. Separating cancer cells from the bloodstream due to the very low number compared with other cells in the blood and their physical similarity is a big challenge. Dielectrophoresis is the motion of particles induced by a spatially non-uniform electric field. Particles are temporarily polarized, establishing dipoles which induce unequal columbic forces causing the particles to move. The dielectrophoretic (DEP) force is highly selective, label-free, quick and low-cost in fabrication. For this purpose, various structures for the effective exercise of non-uniform electric field created by the researchers is presented. In most of these structures due to the direct communication of cells with electrodes increases the possibility of damage to the cells. It also creates a strong electric fields in these structures with low effect on the particles damage of the cells. This study shows a microfluidic device capable of separating cancer cells from blood cells in continuous flow using Dielectrophoresis. The theoretical cell trajectory has been calculated by numerical simulations of the electrical field and flow speed. The proposed device uses the so-called ‘‘liquid electrodes’’ design and can be used with low applied voltages. The channel is designed in such a way that Square gradient field for almost uniformly distributed across the channel While the maximum electric field created in the channel is minimized. The obtained separation is very efficient, the device being able to achieve a very high purity of cancer cells. It could further be used for the separation of other cell types based on their size and dielectric characterization difference. Keywords: Lab-on-a-chip, Dielectrophoresis, Separation, Cancer cells, Microfluidic
