شماره مدرك :
19281
شماره راهنما :
16696
پديد آورنده :
ميرطالبي، مظاهر
عنوان :

شبيه سازي تشخيص ويروس كرونا در سامانه ميكروفلوئيديك الكتروترمال

مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
طراحي فرايند
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1402
صفحه شمار :
دوازده، 81 ص.: مصور (رنگي)، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
بايوسنسور ميكروفلوئيديك مارپيچ , ويروس كرونا , نيروي الكتروترمال
تاريخ ورود اطلاعات :
1402/12/14
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
دانشكده :
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1402/12/15
كد ايرانداك :
23018256
چكيده فارسي :
ويروس كرونا سال‌هاست كه به سرعت در سراسر جهان در حال گسترش بوده و منجر به از دست دادن جان افراد بي‌شماري شده است. شناسايي سريع اين بيماري منجر به درمان سريعتر آن مي شود. در مطالعه حاضر، يك شبيه‌سازي سه‌بعدي المان محدود براي تجزيه و تحليل و درك دقيق فرآيند اتصال بين كمپلكس‌هاي آنتي‌بادي (ليگاند) تثبيت شده روي سطح فعال و آنتي‌ژن (آناليت) پروتئين اسپايك ويروس كرونا انجام گرفته است. به منظور افزايش و بهينه‌سازي كارايي واكنش اتصال و كاهش مقاومت هاي انتقال جرم، از نيروي الكتروترمال جريان متناوب (ACET) و هندسه مارپيچي بايوسنسور ميكروفلوئيديك استفاده شده است. تلفيق اين دو بايكديگر موجب سرعت بخشيدن به انتقال آناليت ها به سمت سطح فعال و در نهايت تسهيل و بهبود واكنش اتصال مي شود. هدف اصلي اين پايان نامه بررسي كاهش زمان تشخيص حضور ويروس كرونا است. هندسه استفاده شده شامل يك ميكروكانال مارپيچ است كه سطح فعال و الكترودها بصورت سطوح انحنادار درون آن قرار گرفته است. يافته‌هاي شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه با اعمال ولتاژ Vrms به بايوسنسور ميكروفلوئيديك مارپيچ، زمان تشخيص را مي‌توان تا 68 درصد در مقايسه با غياب ولتاژ افزايش داد. علاوه بر اين، اين تحقيق شامل مطالعات پارامتري انجام شده بر روي هندسه مارپيچي است. در بررسي تاثير تغيير طول الكترود بر روي زمان تشخيص ويروس، افزايش طول الكترود مي‌تواند زمان تشخيص ويروس را تا 8 درصد بهبود دهد. با بررسي شرايط مرزي دما، پنج سناريو متمايز مورد بررسي قرار گرفت و در نهايت زماني كه ديواره بالايي ميكروكانال تحت دماي 300 كلوين و ديواره پاييني عايق حرارتي است به عنوان مطلوب‌ترين سناريو براي به حداقل رساندن زمان تشخيص بدست آمد، كه منجر به كاهش 36 درصدي نسبت به زمان تشخيص بايوسنسور در حالت اوليه (بدون اعمال پارامتري شرايط مرزي دمايي) شد. با ارزيابي تغييرات در ثابت‌هاي نرخ جذب و دفع، دو حالت اعمال و عدم اعمال نيروي الكتروترمال مورد مطالعه قرار گرفت. به طور خاص، هنگامي كه نيروي الكتروترمال در ولتاژ بهينه اعمال مي شود و ثابت هاي نرخ جذب و دفع افزايش مي يابند، زمان تشخيص بر خلاف حالت اوليه (عدم اعمال نيروي الكتروترمال) 71 درصد بهبود مي يابد. در زمينه مقايسه عملكردي هندسه هاي مستقيم و مارپيچي براي تعيين زمان تشخيص ويروس تحت ولتاژ اعمال شده، يافته هاي شبيه سازي نشان مي دهد كه هندسه مارپيچي از نظر توانايي تشخيص ويروس مزيت جزئي در حدود 2 تا 7 درصد در ولتاژهاي مختلف نسبت به هندسه مستقيم دارد.
چكيده انگليسي :
The coronavirus has been rapidly disseminating across the globe over an extended period, leading to an immeasurable loss of lives. The pro‎mp‎t identification of this ailment contributes to expeditious treatment. In the current investigation, a three-dimensional finite element simulation has been conducted to scrutinize and comprehend the process of attachment between the antibody complexes (ligand) that are immobilized to the reaction surface and the antigen (analyte) pertaining to the spike protein of the coronavirus. To enhance and optimize the efficacy of the binding reaction and diminish the mass transfer resistance, the employment of alternating current electrothermal force (ACET) and the spiral geometry of the microfluidic biosensor have been implemented. The fusion of these two elements expedites the transportation of analytes towards the reaction surface and ultimately facilitates and enhances the binding reaction. The principal objective of this thesis is to truncate the duration required for detecting the presence of the coronavirus. The utilized structure encompasses a spiral microchannel wherein the active surface and electrodes are situated as curved surfaces. The simulation outcomes demonstrate that by applying Vrms voltage to the spiral microfluidic biosensor, the detection time can be augmented by 68% in comparison to the absence of voltage. In addition, this research encompasses parametric studies carried out on spiral geometry. In the investigation of the impact of varying the length of the electrode on the time it takes to detect the virus, augmenting the length of the electrode can enhance the virus detection time by 8%. Through an analysis of the temperature boundary conditions, five distinct scenarios were explored and ultimately, the most favorable scenario for minimizing the detection time was identified when the upper wall of the microchannel is at a temperature below 300 K and the lower wall is thermally insulated. This scenario resulted in a noteworthy 36% reduction in detection time, as compared to the detection time of the biosensor in its initial state (without the application of parametric temperature boundary conditions). By eva‎luating alterations in the rate constants of adsorption and desorption, two modes of utilization, both with and without the application of electrothermal force, were investigated. Specifically, when the electrothermal force is applied at the optimal voltage and the absorption and desorption rate constants are increased, the detection time is improved by an impressive 71%, as compared to the initial state (with no application of electrothermal force). In terms of a functional comparison between straight and spiral geometries for determining the virus detection time under applied voltage, the simulation results demonstrate that the spiral geometry possesses a slight advantage of approximately 2-7% at various voltages, in terms of its ability to detect the virus, as compared to the straight geometry.
استاد راهنما :
محسن نصراصفهاني
استاد داور :
مهدي ستاري نجف آبادي , حميد زيلوئي
لينک به اين مدرک :

بازگشت