Skip to main content
SUPERVISOR
شقایق حق جو جوانمرد (استاد مشاور) محسن ثقفیان (استاد راهنما) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Davood Saeidi
داود سعیدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393

TITLE

Experimental investigation of secondary acoustic force between particle-cell in a microfluidic device
A method is presented for measurements of secondary acoustic radiation forces acting on solid particles and biological cells in a plain ultrasonic standing wave. The method allows for measurements of acoustic interaction forces between particles/cells located in arbitrary positions such as in between a pressure node and a pressure anti-node. By utilizing a model that considers both density- and compressibility-dependent effects, the observed particle-particle/cell interaction dynamics can be well understood. Two differently sized polystyrene micro-particles (4.8 µm and 25 µm, respectively), a silica particle with 20 µm diameter, red blood cells (RBCs), and MCF-7 cells were used in order to achieve pronounced interaction effects. The particulate was subjected to a 2-MHz ultrasonic standing wave in a microfluidic channel, such as commonly used for acoustophoresis. Observation of deflections in the particle/cell pathways shows that the acoustic interaction force is not negligible under this circumstance and has to be considered in accurate particle/cell manipulation applications. The effect is primarily pronounced when the distance between two particles is small, the sizes of the particles are different, and the acoustic properties of the particles are different relative to the media. As predicted by theory, we also observe that the interaction forces are affected by the angle between the inter-particle centerline and the axis of the standing wave propagation direction. Key words Microfluidic, Secondary acoustic force, Primary acoustic force, Particle-cell interactio
استفاده از امواج اکوستیکی و در نتیجه آن اعمال نیروهای اکوستیکی به عنوان یک روش بسیار کارآمد در جداسازی ذرات، انباشت ذرات و سلول‌ها و دستکاری ذرات و سلول‌ها شناخته می شود. عدم تماس با سیال، محدوده کاربرد زیاد، قابلیت مدوله شدن با دیگر سیستم ها و قابلیت استفاده در سرعت‌های جریان بالا از جمله مهمترین ویژگی های سیستم های اکوستیکی است. هدف اصلی این رساله بررسی الگوی حرکتی ذرات و سلول‌ها در فاصله نزدیک نسبت به یکدیگر در میدان اکوستیکی ایستا است. عمده نیروهای موثر در تعیین حرکت سلول‌ها در میدان اکوستیکی، نیروی اولیه اکوستیکی، نیروی ثانویه اکوستیکی و نیروهای جریانی حاصل از وجود امواج اکوستیکی است. هر چند تحقیقات زیادی بر روی اندازه گیری و استفاده عملی از نیروی اولیه اکوستیکی و همچنین نیروی جریانی اکوستیکی انجام شده است، مشاهدات و تحقیق‌های انجام شده بر روی نیروی ثانویه اکوستیکی تنها محدود به حباب هوا در آب بوده و پیش از این تنها در گره فشار اندازه‌گیری‌ شده است. در رساله حاضر برای اولین بار اندرکنش نیروهای بین ذره‌ای در ذرات جامد و سلول در میدان اکوستیکی گزارش و روشی برای اندازه گیری تجربی این نیرو در خارج از گره فشار ارائه گردیده است. امواج اکوستیکی توسط روش بالک تولید شد (BAW) و کانال مورد استفاده از جنس سیلیکون و آب بند شده توسط لایه شیشه می‌باشد. فرکانس تشدید در میکروکانال 95/1 مگاهرتز برای عرض کانال 375 میکرومتر بدست آمده است. نتایج حاصل با روابط ارائه شده توسط گروشل مقایسه شده و نتایج نشان دهنده انطباق خوب نتایج تجربی و داده‌ های تحلیلی می‌باشد. ذرات پلی استایرن با اندازه قطرm µ 8/4 وm µ 25 به منظور مشاهده اولیه این نیرو انتخاب شد و پس از آن گلبول‌های قرمز و سلول‌های سرطانی MCF-7 به منظور بررسی نیروی ثانویه اکوستیکی در سلول زنده مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان دهنده وجود این نیرو در سلول‌های زنده نیز بود که این امر برای اولین بار مشاهده شده است. در ادامه کار نیروهای وارد شده بر سلول در میدان اکوستیکی به کمک روش پردازش تصویر استخراج شد و با استفاده از این روش مقدار انحراف سلول از مسیر حرکتش در زمانی که سلول ویا ذره در نزدیکی یک ذره دیگر باشد بررسی گردید. همچنین جهت بررسی دقیق‌تر رفتار ذرات در کنار یکدیگر، جدایش ذرات پس از برخورد به هم و وابستگی آنها به زاویه در هنگام عبور از کنار یکدیگر مطالعه شده است. کلمات کلیدی نیروی پرتو اکوستیکی، نیروی ثانویه اکوستیکی، میکروفلویدیک، امواج اکوستیکی، میکروکانال

ارتقاء امنیت وب با وف بومی