جلسه دفاع پایان¬نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک- گرایش تبدیل انرژی

موضوع: شبیه‌سازی جداسازی بدون برچسب‌گذاری سلول های سرطانی گردشی با استفاده ازجابه‌جایی جانبی معین و میدان آکوستیک

استاد راهنما: دکتر محسن ثقفیان

استادان داور: دکتر احمدرضا پیشه ور – دکتر محمدرضا توکلی نژاد

چکیده

جداسازی و مرتب سازی ذرات با اندازه میکرونی در تجزیه و تحلیل های شیمیایی و بیولوژیکی، صنعت غذا، پردازش های شیمیایی و ارزیابی محیطی دارای اهمیت است. با بهره¬گیری از ویژگی های منحصر به فرد جریان در مقیاس میکرو روش های مختلفی برای جداسازی و مرتب سازی سریع و دقیق ذرات میکرو در یک روند پیوسته تعریف شده است¬. جداسازی سلولی یک مرحله کلیدی در بسیاری از حوزه های تحقیقات زیست پزشکی از جمله بیوتکنولوژی، تحقیقات در حوزه ی سرطان و کشف دارو هاست. میکروسیال با بهره‌گیری از اصول فیزیکی مختلف و استفاده از ویژگی‌های متفاوت سلول‌ها، پتانسیل زیادی در جداسازی سلول دارد. روش های فعال و غیر فعال دسته بندی کلی است که می توان برای انواع روش های جداسازی ذرات به کار برد با توجه به این نکته که ترکیب این دو روش با یکدیگر توانسته راندمان جداسازها را افزایش دهد. روش های غیر فعال به سبب سادگی در طراحی و عدم نیاز به نیروی خارجی می‌تواند مورد استقبال قرار بگیرد ولی به تنهایی دقت مناسبی در جداسازی نسبت به روش های فعال از خود نشان نمی‌دهد. در مقابل روش های فعال به سبب استفاده از نیرو های خارجی دقت و کنترل خوبی فراهم می کند اما به همان میزان پیچیدگی و هزینه را افزایش می دهد. در مطالعه پیش رو به بررسی تاثیر استفاده‌ی همزمان از افزاره‌ی جا‌به‌جایی جانبی معین به عنوان روش غیر فعال و میدان آکوستیک به عنوان یک روش فعال بر روی بهبود جداسازی ذرات و به طور مشخص سلول های سرطانی گردشی پرداخته می‌شود. سعی شده نقص های روش های فعال و غیر‌فعال به تنهایی با ترکیب کردن آنها با یکدیگر مرتفع شود. بر خلاف روش جابه‌جایی جانبی معین که جداسازی را بر اساس سایز ذرات انجام می دهد روش های غیر فعال امکان جداسازی ذرات با اندازه های نزدیک به هم اما خواص متفاوت را فراهم می‌کند. پس با به کارگیری یک چهارچوب مناسب و قرار دادن این دو روش در کنار یکدیگر به جداسازی سلول های سرطانی گردشی با خواص و اندازه های مشخص پرداخته می‌شود. از نرم افزار کامسول برای حل معادلات ناویراستوکس و هلمهولتز در جهت به دست آوردن سرعت و فشار سیال همچنین گره و فشار صوتی ناشی از پیزوالکتریک هایی که در دو طرف کانال قرار گرفته استفاده و در نهایت معادله ی قانون سوم نیوتن برای هر ذره لحاظ می‌شود تا تاثیر مجموع نیروهای وارد شده بر ذره محاسبه و مسیر آن مشخص و به خوبی صحت سنجی می‌شود. به طور مشخص ترکیب دو روش فعال و غیر فعال یادشده نسبت به حالت های جداگانه آنها بهبود کیفیت و خلوص جداسازی را حاصل می شود که در امور آزمایشگاهی و پزشکی مورد اهمیت می‌باشد. همچنین ترکیب این دو روش ضعف های موجود در هر کدام را پوشش داد همانطورکه استفاده از افزاره جابه‌جایی جانبی معین قبل از میدان آکوستیک امکان پیش جداسازی را فراهم می ‌کند تا از گرفتار شدن ذرات در گره ی فشار صوتی مرحله‌‌ی بعد جلوگیری کند از سوی دیگر میدان صوتی با توجه به خاصیت چگالی و تراکم پذیری و حساسیت بیشتر نسبت به قطر ذرات امکان جداسازی ذراتی که اندازه های یکسان یا نزدیک به هم دارند و در افزاره جابه جایی جانبی معین امکان جدا کردن آنها وجود ندارد را محیا می کند. چندین تفاوت چشم گیر در استفاده از جداساز های دوقسمتی و یک قسمتی مشاهده می شود که از جمله ی آنها افزایش خلوص جداسازی ذره ی مورد نظر، امکان جداسازی سلول های سرطانی مختلف با سایز های متفاوت با استفاده از یک جداساز تنها با تغییر شرایط مرزی میدان صوتی که این موضوع در افزاره جابه جایی جانبی معین امکان پذیر نمی‌باشد و پیش جداسازی برای فرار از گرفتار شدن در گره ی صوتی میدان آکوستیک که خود به تنهایی عامل کاهش خلوص جداسازی می‌باشد. پروژه ی حاضر درک بهتر مزایای ترکیب کردن روش های جداسازی ذرات را برای اهداف متفاوت و دستیابی به یک جداساز بهبودیافته را ممکن می‌سازد. در نهایت این جداساز توانست همه ی سلول های سرطانی را با خلوص 100 درصد از سلول های خونی جدا کند.