جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای ظاهری قناد)

موضوع:  طرای و شبیه‌سازی عددی دستگاه ریزسیال دوار با هدف جداسازی سلول‌های هدف به مکم نیروی صوتی

ارائه دهنده: سروش ظاهری قناد

استادان راهنما: دکتر مسعود مددالهی

استادان داور: دکتر محسن ثقفیان- دکتر احمد رضا پیشه‌ور

چکیده:

جداسازی و دستکاری ذرات میکرومتری یکی از مهم‌ترین نیاز‌ها برای بررسی ذرات در تجهیزات ریزسیال خصوصاً در کاربرد‌های زیستی و پزشکی می‌باشد. تا کنون روش‌های مختلفی بدین منظور مانند جداسازی با بکارگیری کمک خواص مغناطیسی، الکتریکی ذرات و سلول‌ها و همچنین نیرو‌های اینرسی وارد بر آنان معرفی شده است. امواج صوتی یکی از مهم ترین روش‌های بدون برچسب‌گذاری و تخریب زیستی با تاثیر‌گذاری بالا بر روی ذرات درون ریزکانال است. روش‌های مختلفی برای ایجاد حرکت سیال درون ریزکانال وجود دارد. سامانه‌های ریزسیال گریز از مرکز به عنوان یکی از روش‌های کم هزینه در ساخت و زمان عملیات بشمار می‌روند که به آزمایشگاه روی یک دیسک معروف هستند. این سیستم‌های گریز از مرکز، امکان موازی سازی عملیات‌ها و کاهش زمان عملیاتی را به کاربر می‌دهند. همچنین امکان کنترل و دستکاری دبی جریان را به کمک تغییر سرعت دورانی دیسک چرخان را فراهم می‌نمایند. در پژوهش حاضر یک سامانه گریز از مرکز ریز سیال به منظور جداسازی و تفکیک سلول‌های زیستی به کمک امواج صوتی سطحی و حجمی ارائه می‌شود. پیش‌بینی حرکت ذرات به صورت حل عددی در نرم افزار کامسول در حالت سه بعدی و هیدرودینامیکی انجام شد. دو هندسه مجزا برای سیتم امواج صوتی سطحی و حجمی در نظر گرفته شد. در این سامانه‌های جریان سیال و ذرات میکرومتری، سلول‌های زیستی به کمک چرخش دیسک دوار وارد میکروکانال شدند. در بخش اول تحقیق، حرکت ذرات پلیمری میکرومتری از جنس پلی‌استایرن مورد بررسی قرار گرفت و متمرکز شدن ذرات به سمت خروجی وسط ریز کانال محاسبه گردید. تاثیر شرایط مختلف فیزیکی مسئله، شامل سرعت دوران، فاصله شعاعی از مرکز دوران همچنین فاصله عرضی ریزکانال از راستای شعاع، زاویه ریزکانال از راستای شعاع، ابعاد ریزکانال، اختلاف پتانسیل اعمال شده به پیزوالکتریک‌‌ها، بر روی ذره پلی‌استایرن با ثابت در نظر گرفتن بقیه پارامتر‌ها مورد مطالعه قرار گرفت. با افزایش انرژی وارد بر ذرات نیروی تابشی صوتی افزایش یافت و ذرات به گره فشاری نزدیک تر شدند. با افزایش فاصله طولی ریزکانال از مرکز دیسک دوار سرعت سیال و ذرات افزایش یافته و تمرکز ذرات کمتر گردید. با افزایش فاصله عرضی از مرکز دیسک دوار و افزایش دوران سیستم حول محور عمودی مرکز ریزکانال نیروی‌های عرضی وارد بر ذرات بیشتر شدند و ذرات از مسیر مستقیم خود منحرف گشتند. در سامانه گریز از مرکز امواج صوتی سطحی افزایش طول ریزکانال تاثیر چندانی بر مسیر حرکت ذرات اعمال نکرد در صورتی که در سیستم امواج حجمی ذرات زمان بیشتری را تحت تاثیر مواج صوتی قرار گرفتند. افزایش عرض ریزکانال منجر به افزایش قدرت گره فشاری ایجاد شده در مرکز ریزکانال شد و ذرات را تحت تاثیر نیروی تابشی بیشتری قرار داد. نیرو‌های تابشی صوتی و سانتریفیوژ و کوریولیس با توان سوم قطر ذرات رابطه مستقیمی دارند بنابراین با افزایش قطر ذرات نیرو‌های وارد بر این ذرات افزایش یافت. افزایش سرعت دورانی دیسک منجر به افزایش سرعت سیال و به طبع آن سرعت ذرات در میکروکانال شد و ذرات میکروکانال را در زمانی کمتر طی کردند. در بخش دوم تحقیق، امکان سنجی تفکیک سلول‌های سرطانی چرخان (CTC) و گلبول سفید (WBC) بر پایه تفاوت در قطر و خواص فیزیکی تحت تاثیر نیرو‌های صوتی و سانترفیوژ و کوریولیس مورد بررسی قرار گرفت. مشخص گردید دسته ای از ذرات در شرایط فاصله عرضی 45 میلی‌متر و زاویه 30 درجه با موفقیت 95 درصد از یکدیگر جدا شدند. با لحاظ کردن نتایج بدست آمده و قرار دادن میکروکانال در موقعیت مکانی مناسب بر روی دسیک چرخان و اعمال سرعت دورانی و نیروی تابشی صوتی مناسب جداسازی سلول‌های سرطانی از گلبول سفید با درصد جداسازی بالایی محقق شد.

کلمات کلیدی: جداسازی ذرات، امواج صوتی سطحی و حجمی، پلتفرم سانتریفیوژ، آزمایشگاه روی یک دیسک، نیروی تابشی صوتی