Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Nasresfahany
محسن نصراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mina Reshtebar kar sofla
مینا رشته برکارسفلی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
Abstaract Separation and concentration of micro and nanoparticles are of particular importance in many biomedical applications. Isolation and identification of virus nanoparticles from whole blood containing white and red blood cells are crucial for the rapid diagnosis of infectious diseases such as HIV, Ebola, and SARS as well as emerging infectious diseases such as influenza that pose serious health challenges. In this study, a spiral inertial microfluidic device is described that can separate polystyrene particles with a diameter equivalent to viruses from particles with a diameter equivalent to red and white blood cells based on their size. This device, without using any external force and only with the help of inertial lift and drag forces on particles of different sizes, leads to differences in their transfer rate within the cross-section of the microchannel and ultimately separates them from each other. Large particles with diameters equivalent to red and white blood cells, under the influence of the dominant forces of inertia and Dean drag force due to the microchannel helical geometry, equilibrate in a certain position close to the inner wall of the microchannel, while 250 nm small particles equivalent to the diameter Viruses, as a result of Dean drag forces on them, are trapped in Dean vortices formed inside the cross-section of the channel and transmitted to the outer wall of the microchannel. Finally, due to the dual role of Dean forces in the concentration of micro particles in a specific position close to the inner wall of the channel and the transfer of submicron particles from the inner half of the microchannel cross-section to its outer half at the channel outlet, two separate streams of particles are formed and Collected in two separate outputs. The spiral microchannel consisting of 4 loops, 180 ?m wide, and 60 ?m high, at Dean Number 1.6, a total flow rate of 125 ?L/min and 1:2.3 ratio of the flow rate between solution containing particles and sheath flow was successfully able to separate 250 nm submicron particles with an efficiency of 87%, and purity of 100% from 7 and 10 ?m particles. Modeling results in confirmation with laboratory data are also presented in this research. The flat and uncomplicated structure of this separator makes it relatively simple to integrate with other laboratory microfluidic systems on the chip for continuous particle separation. Keywords : Inertial microfluidic devices, Particle separation, Dean flow, Sheath flow
تفکیک و تغلیظ میکرو و نانوذرات در بسیاری از کاربردهای زیست پزشکی از اهمیت خاصی برخوردار است. جداسازی و شناسایی نانوذرات ویروس از محیط خون حاوی گلبول های سفید و قرمز به­منظور تشخیص سریع بیماری های مسری مانند ایدز، مالاریا، سل و همچنین بیماریهای عفونی در حال ظهور مانند آنفلوانزا که چالش هایی جدی برای سلامت جهانی ایجاد کرده اند، بسیار حائز اهمیت است. در این پژوهش، یک تراشه میکروفلوئیدیک اینرسی مارپیچی که قادر به جداسازی ذرات پلی­استایرن با قطر معادل ویروس ها از مخلوطی از ذرات با قطرهای معادل گلبول های قرمز و سفید بر اساس اندازه آن ها می باشد، شرح داده شده است. این میکروکانال بدون استفاده از هیچ­گونه نیروی خارجی و تنها به کمک نیروهای لیفت اینرسی و دین وارد بر ذرات با اندازه های مختلف منجر به جداسازی آن ها از یکدیگر میگردد. ذرات بزرگ با قطرهای میانگین 7 و 10 میکرون معادل با قطر گلبول های قرمز و سفید تحت تاثیر نیروهای غالب اینرسی و نیروی دین ناشی از هندسه مارپیچی میکروکانال در یک موقعیت مشخص نزدیک به دیواره درونی میکروکانال به تعادل می رسند، در حالی­که ذرات کوچک به قطر 250 نانومتر معادل با قطر ویروس ها در اثر اعمال نیروهای دین بر آن ها، در گرداب های دین تشکیل شده درون کانال بدام افتاده و به سمت دیواره بیرونی میکروکانال انتقال می یابند. در نهایت، با توجه به نقش دو جانبه نیروهای دین در تمرکز ذرات بزرگ در موقعیتی مشخص نزدیک به دیواره درونی کانال و انتقال ذرات کوچک از نیمه درونی سطح مقطع میکروکانال به سمت نیمه بیرونی، دو جریان مجزا از ذرات تشکیل و در دو خروجی جداگانه جمع آوری می شوند. میکروکانال مارپیچی شامل 4 حلقه با سطح مقطعی به عرض 180 میکرون و ارتفاع 60 میکرون در عدد دین 6/1، دبی کل 125 میکرولیتر بر دقیقه و نسبت 1 به 2 از دبی جریان اصلی حاوی ذرات به جریان کمکی آب دی­یونیزه، با موفقیت قادر به جداسازی ذرات به قطر میانگین 250 نانومتر با بازده 87 درصد و خلوص 100 درصد از ذرات با قطرهای میانگین 7 و 10 میکرون شد. نتایج مدل­سازی در تائید با داده های آزمایشگاهی نیز در این تحقیق ارائه شده است. ساختار مسطح و بدون پیچیدگی این دستگاه جداکننده، ساخت آن را به نسبت ساده و برای ادغام با دیگر تراشه­های آزمایشگاهی به­منظور جداسازی پیوسته ذرات مناسب می سازد. واژگان کلیدی : میکروفلوئیدیک، جداسازی ذرات، میکروکانال، جریان دین، جریان کمکی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی