توصيفگر ها :
جداسازي ذرات , امواج صوتي , آزمايشگاه روي يك ديسك , آكوستوفورسيس , نيرو‌هاي سانتريفيوژ
چكيده فارسي :
جداسازي و دستكاري ذرات ميكرومتري يكي از مهم‌ترين نياز‌ها براي بررسي ذرات در تجهيزات ريزسيال خصوصاً در كاربرد‌هاي زيستي و پزشكي مي‌باشد. تا كنون روش‌هاي مختلفي بدين منظور مانند جداسازي با بكارگيري كمك خواص مغناطيسي، الكتريكي ذرات و سلول‌ها و همچنين نيرو‌هاي اينرسي وارد بر آنان معرفي شده است. امواج صوتي يكي از مهم ترين روش‌هاي بدون برچسب‌گذاري و تخريب زيستي با تاثير‌گذاري بالا بر روي ذرات درون ريزكانال است. روش‌هاي مختلفي براي ايجاد حركت سيال درون ريزكانال وجود دارد. سامانه‌هاي ريزسيال گريز از مركز به عنوان يكي از روش‌هاي كم هزينه در ساخت و زمان عمليات بشمار مي‌روند كه به آزمايشگاه روي يك ديسك معروف هستند. اين سيستم‌هاي گريز از مركز، امكان موازي سازي عمليات‌ها و كاهش زمان عملياتي را به كاربر مي‌دهند. همچنين امكان كنترل و دستكاري دبي جريان را به كمك تغيير سرعت دوراني ديسك چرخان را فراهم مي‌نمايند. در پژوهش حاضر يك سامانه گريز از مركز ريز سيال به منظور جداسازي و تفكيك سلول‌هاي زيستي به كمك امواج صوتي سطحي و حجمي ارائه مي‌شود. پيش‌بيني حركت ذرات به صورت حل عددي در نرم افزار كامسول در حالت سه بعدي و هيدروديناميكي انجام شد. دو هندسه مجزا براي سيتم امواج صوتي سطحي و حجمي در نظر گرفته شد. در اين سامانه‌هاي جريان سيال و ذرات ميكرومتري، سلول‌هاي زيستي به كمك چرخش ديسك دوار وارد ميكروكانال شدند. در بخش اول تحقيق، حركت ذرات پليمري ميكرومتري از جنس پلي‌استايرن مورد بررسي قرار گرفت و متمركز شدن ذرات به سمت خروجي وسط ريز كانال محاسبه گرديد. تاثير شرايط مختلف فيزيكي مسئله، با ثابت در نظر گرفتن بقيه پارامتر‌ها مورد مطالعه قرار گرفت. در بخش دوم تحقيق، امكان سنجي تفكيك سلول‌هاي سرطاني چرخان (CTC) و گلبول سفيد (WBC) بر پايه تفاوت در قطر و خواص فيزيكي تحت تاثير نيرو‌هاي صوتي و سانترفيوژ و كوريوليس مورد بررسي قرار گرفت. مشخص گرديد دسته اي از ذرات در شرايط فاصله عرضي 45 ميلي‌متر و زاويه 30 درجه با موفقيت 95 درصد از يكديگر جدا شدند. با لحاظ كردن نتايج بدست آمده و قرار دادن ميكروكانال در موقعيت مكاني مناسب بر روي دسيك چرخان و اعمال سرعت دوراني و نيروي تابشي صوتي مناسب جداسازي سلول‌هاي سرطاني از گلبول سفيد با درصد جداسازي بالايي محقق شد.
كلمات كليدي: جداسازي ذرات، امواج صوتي، آزمايشگاه روي يك ديسك، آكوستوفورسيس، نيروي‌هاي سانتريفيوژ
چكيده انگليسي :
Abstract
Separation and manipulation of micrometer particles are one of the most important needs for studying particles in microfluidic devices, especially in biological and medical applications. Various methods have been introduced for this purpose, such as separation using magnetic or electric properties of particles and cells, as well as inertial forces acting on them. Sound waves are one of the most important label-free and non-destructive methods with a high impact on particles inside microchannels. There are various methods for creating fluid movement inside microchannels. Centrifugal microfluidic systems are considered a cost-effective method in terms of construction and operational time, known as lab-on-a-disk systems. These centrifugal systems allow parallelization of operations and reduction of operational time for the user. They also provide the possibility of controlling and manipulating the flow rate by changing the rotational speed of the rotating disk. In the present study, a microfluidic centrifugal system for separation and sorting of biological cells using surface and bulk acoustic waves is presented. The prediction of particle motion was carried out numerically using COMSOL software in three-dimensional and hydrodynamic states. Two distinct geometries were considered for the surface and bulk acoustic wave systems. In these systems, fluid flow and micrometer particles, as well as biological cells, were introduced into the microchannel using the rotation of the rotating disk. In the first part of the research, the movement of micrometer polymer particles made of polystyrene was examined, and the concentration of particles towards the center of the microchannel outlet was calculated. The effect of various physical conditions on the polystyrene particle was studied, with the other parameters kept constant. In the second part of the research, the feasibility of separating circulating tumor cells (CTCs) and white blood cells (WBCs) based on differences in diameter and physical properties under the influence of acoustic forces, centrifugation, and Coriolis forces was investigated. It was identified that a group of particles under lateral distance conditions of 45 millimeters and a 30-degree angle were successfully separated from each other by 95 percent. Considering the obtained results and placing the microchannel in the appropriate position on the rotating disk, and applying suitable rotational speed and acoustic radiation force, the separation of cancer cells from white blood cells with a high percentage of separation was achieved.
Keywords:
Particle Separation, Acoustic waves, Lab on Disc, Acoustophoresis, centrifugal forces
