دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
استفاده از سیستم میکروسیالی جهت انجام تحقیقات بیوشیمییایی- پزشکی ، تجزیه و تحلیل DNA ، جداسازی و استخراج سلولی، دارای مزایای فراوانی می باشد.
به دلیل اینکه زمینه میکروسیالی، یک حوزه تقریباً جدید می باشد، بنابراین شبیه سازی های عددی سیستم های میکروسیالی
می تواند هم از نظر ارائه یک ابزار تحقیقاتی و هم به عنوان یک طرح کارآمد و ابزار بهینه سازی، بسیار مفید و ارزشمند باشد.
لذا هدف از این تحقیق، شبیه سازی میکرو کانالها با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی به منظور جداسازی آلبومین
( پروتئین موجود در خون انسان ) می باشد. برای جداسازی، از میکروکانال H شکل که به نوبه خود جدید می باشد استفاده شد. در این تحقیق در میکروکانال از روش جداسازی استفاده گردید. به دلیل اینکه حجم سیال موجود در میکرو کانال کم می باشد معمولاً عدد رینولدز کمتر از یک بوده و هیچگونه فرآیند اختلاط کنوکسیونی یا جابجایی سیالات رخ نمی دهد. تنها موردی که در آن مواد حل شده در جهتی معکوس با جهت جریان اصلی حرکت می یابند، پدیده نفوذ می باشد.
لذا در این تحقیق بمنظور جداسازی آلبومین، از دو نوع سیال نیوتنی وغیر نیوتنی تراکم ناپذیر و با ضرایب نفوذ متفاوتی استفاده گردیده است. نتایج معرف آنست که پدیده نفوذ در سیالات غیرنیوتنی بهتر انجام می گیرد و غلظت در کانال در مدت زمان کمتری به تعادل می رسد. همچنین از مدلهای ویسکوزیته استفاده شده در شبیه سازی سیالات غیرنیوتنی ، نتایج مدل ویسکوزیته کوآرا نتایج بهتری را حاصل می نماید.
کلمات کلیدی:
میکروسیال- میکروکانال - جداسازی- دینامیک سیالات محاسباتی - جریان خون - سیال غیر نیوتنی - شبیه سازی
یک سیستم دستگاهی میکروفلویدی (میکروسیالی) می تواند به توسط این حقیقت شناخته شود که دارای یک یا چند کانال با حداقل یک بعد کمتر از یک میلی متر می باشد. سیالات متداول مورد استفاده در سیستم های دستگاهی میکروسیالی شامل نمونه های خونی کامل و واحد، سوسپانسیون های سلول های باکتریایی ، محلول های پادتن یا پروتئینی و انواع مختلف محلول های بافر یا تامپون می باشند. می توان از این سیستم های دستگاهی میکروسیالی جهت نیل و حصول به دامنه گسترده و گوناگونی از محاسبات جالب و کامل نظیر ضرایب پخش و نفوذ مولکولی، ویسکوزیته سیالی ، ضرایب پیوندی مواد شیمیایی و سنتیک های واکنش آنزیم ها، استفاده نمود . سایر کاربردهای دیگر موجود برای دستگاه های میکروسیالی نیز شامل روش جداسازی کروماتوگرافیکی موئین یا مویرگی ، روش متمرکز و مجتمع کردن ایزوالکتریکی ارزیابی و تجزیه و تحلیل سیستم ایمنی ، سیتومتری جریانی، تزریق نمونه های پروتئین جهت تجزیه و تحلیل از طریق روش اسپکترومتری جرمی ، تجزیه و تحلیل DNA ، بکارگیری کنترلی سلولی، جداسازی و استخراج سلولی ، الگوسازی سلولی، وتشکیل و ایجاد اجزاء خاص مواد شیمیائی، می باشد. بیشتر این کاربردها برای تشخیص های بالینی مفید و سودمند هستند.
استفاده از سیستم های دستگاهی میکروسیالی جهت انجام تحقیقات بیوشیمیائی- پزشکی و ایجاد و خلق تکنولوژیهای مفید از لحاظ بالینی، دارای مزایایی قابل ملاحظه و چشمگیری می باشد. در ابتدا، به دلیل اینکه حجم سیالات موجود در این کانال یا شیارها بسیار کم می باشد، بنابراین معمولا نیاز به وجود چندین نانو فیلتر، مقدار واکنشگرها و آنالیت های مورد استفاده، بسیار کم می باشد و این مورد بخصوص برای مواد واکنشگر گران قیمت چشمگیر و قابل ملاحظه می باشد. تکنیک های تولیدی مورد استفاده جهت ساخت سیستم های دستگاهی میکروسیالی، که بعداً دقیقتر و بیشتر به آن پرداخته می شود، نسبتاً ارزان قیمت بوده و از هر دو جنبه ساختار بسیار پیچیده و دقیق با سیستم های دستگاهی چند گانه یا چند قسمتی و تولید جرم، بسیار معقول و منطقی می باشند. به طریقی مشابه با روش موجود برای سیستم های میکروالکترونیک ، تکنولوژیهای میکروسیالی، ساخت سیستم های دستگاهی تلفیقی و کامل از لحاظ انجام دادن عملکردهای بسیار متفاوت با یک تراشه مشابه دارای چند لایه، را امکان پذیر ساخته اند. یکی از اهداف بلند مدت در حوزه سیستم های میکروسیالی، ساخت و ایجاد دستگاه های تشخیص بالینی قابل حمل و کامل جهت استفاده های داخلی و جانبی و نیز حذف یا به حداقل رساندن روش های تجزیه و تحلیلی وقت گیر آزمایشگاهی می باشد.
در یک سیستم میکرو سیالی، جداسازی میتواند با استفاده از روش استخراج مبتنی بر نفوذ انجام شود یعنی از نفوذ می توان برای استخراج در یک سیستم میکرو سیالی استفاده کرد که در آن ابعاد کانال به حد زیادی کوچک می باشد که فقط جریانهایی با عدد رینولدز کم 1 Re<< می توانند بکار برده شوند.
در ابتدا دو سیستم جریان مجزا (یعنی یک جریان ماده حامل و یک جریان مادهُ رقیق کننده) هر دو به درون کانال فرستاده می شوند که در آن ذرات می توانند بین دو جریان غیر مخلوط شونده انتشار یابند. نسبت سیال حامل به سیال رقیق کننده موجود در کانال مرکزی با استفاده از فشار برگشتی مربوط به هر یک از دو مدخل ورودی کانال کنترل
می شود. در اعداد رینولدز 10Re>> ، اختلاط مستقل از نفوذ بین دو سیال موجود در کانال مرکزی رخ خواهد داد. اما هنگامیکه کانالها از لحاظ اندازه به حد کافی کوچک باشند ، دو جریان موازی بدون آشفتگی به ازای طول کانال وجود دارند. فقط اختلاط نفوذی در سیالاتی با ویسکوزیته کم رخ میدهد.
در انتهای کانال جریان موازی، یک بخش از جریان ماده حامل جدا و تفکیک شده، و به درون کانال خروجی یا محصول می رود و از آنجائیکه جریان فوق در ناحیه عدد رینولدز کم می باشد این جداسازی میتواند بدون اختلاط کامل انجام شود. زمان موجود برای تبادل نفوذ بین دو سیال( t=L/v) ، بوسیله سرعت سیال(v) موجود در کانال مرکزی و طول کانال(L) کنترل می شود.
1-1 اصول بنیادی سیستم های میکروسیالی
جریان یک سیال در یک کانال دستگاه میکروسیالی را می توان از طریق عدد رینولدز[1] زیر تعریف کرد.
که در اینجاL مقیاس طولی کانال و µ ویسکوزیته، ρ چگالی سیال وVavg سرعت میانگین جریان است. برای بسیاری ازمیکروکانالها، Lمعادل با A/P4 است در حالیکه در آنA مساحت مقطع عرضی کانال و Pمحیط مرطوب شده کانال است. به دلیل ابعاد کوچک میکروکانالها، رینولدز اغلب کمتر از یک است. درناحیه عدد رینولدز مربوطه، جریان موجود کاملاً آرام می باشد و هیچ گونه توربولنس (جریان متلاطم) رخ نمی دهد. تبدیل جریان آرام به جریان توربولنس معمولاً در دامنه عدد رینولدز در حد2000 رخ می دهد. جریان آرام یک حد وسط یا میانگینی را ایجاد می کند که در آن مولکول ها می توانند به طریقی نسبتاً قابل پیش بینی از طریق میکرو کانال ها منتقل شوند. با این وجود توجه شود که حتی در دامنه ا ی از اعداد رینولدز در حد زیر 100 ممکن است پدیده ای مبتنی بر ممنتوم، نظیر پدیده جداسازی جریان داشته باشد[1].
1-1-1 جریان ناشی از فشار[2]
دو روش عمده وجود دارد که با تحریک سیال از طریق میکروکانال ها، می توان به آن دست یافت. در مورد جریان ناشی از فشار سیال که از طریق یک یا چند پمپ حجمی مثبت[3]، نظیر پمپ های سرنگی یا تزریقی به درون دستگاه پمپ می شود. یکی از قوانین بنیادی و پایه مکانیک سیالات برای جریان آرام تحریک شده ناشی از فشار، که شرایط حد و مرزی بدون لغزش یا خطا نامیده می شود، بیان می دارد که سرعت سیال در دیواره ها، بایستی معادل صفر باشد که سرعت سیال یک نمودار سهمی شکل درون کانال مربوطه ایجاد می کند( شکل1-1) و این نمودار، مفاهیم قابل ملاحظه ای را برای نفوذ مولکول های منتقل شده در داخل یک کانال دارا می باشد.
جریان تحریک شده ناشی از فشار می تواند یک روش نسبتاً ارزان قیمت از لحاظ پمپ کردن سیالات درون سیستم های میکرو دستگاهی باشد. با کوشش های فراوان در زمینه توسعه و بکارگیری میکرو پمپ های عاملی، جریان تحریک شده ناشی از فشار از لحاظ کوچک سازی نیز معقول و قابل پاسخگویی می باشد[2].
روش متداول دیگر برای پمپ کردن سیالات، شامل پمپ کردن الکترو اسمزی می باشد. در صورتی که دیواره های میکرو کانال دارای یک بار الکتریکی باشند، یک لایه مضاعف الکتریکی از یون های مخالف در دیواره ها تشکیل می شود. هنگامی که یک میدان الکتریکی در امتداد کانال به کار گرفته می شود، یون های موجود در لایه مضاعف به سمت الکترود با قطب مثبت حرکت می نمایند که حرکت سیال نزدیک دیواره ها را ایجاد می کند و آن را از طریق نیروهای ویسکوز به صورت حرکت همرفتی یا جابجایی کل سیال منتقل می کند. در صورتیکه مسیر کانال فوق به سمت الکترودها باز باشد، که دراغلب موارد چنین است، نمودار یا منحنی سرعت در امتداد کل عرض کانال یکنواخت می باشد(شکل 1-2). با این وجود، در صورتیکه میدان الکتریکی در امتداد یک کانال بسته بکار رفته شود یا یک فشار برگشتی وجود داشته باشد که در جهت مخالف توسط یک پمپ تولید شود، یک الگوی چرخشی ایجاد می شود که درآن سیال در امتداد مرکز کانال در جهتی مخالف نسبت به جهت دیواره ها حرکت می نماید (شکل 1-3). در کانال های بسته، مقدار سرعت در امتداد خط مرکزی کانال برابر با 50% درصد سرعت موجود در دیواره ها می باشد.
شامل 164 صفحه فایل word قابل ویرایش
