شبيه‌سازي عددي جداسازي سلول‌هاي سرطاني از گلبول‌هاي سفيد با استفاده از امواج صوتي سطحي متمركز

Numerical Simulation of separation of cancer cells from white blood cells using focused surface acoustic waves

ريزسيالي با هدف دستيابي به سيستم‌هاي كوچك و كارآمد، براي كاربردهاي جداسازي و دست‌ورزي استفاده مي‌شود. در ميان انواع روش‌هاي جداسازي فعال و غيرفعال، جداسازي با امواج فراصوت، با توجه به ويژگي‌هاي بازدهي، خلوص و زيست سازگاري بالا، براي جداسازي و دست‌ورزي ذرات و سلول‌ها مورد توجه مي‌باشد. تراشه‌هاي صوتي با الكترود‌هاي استاندارد زاويه‌دار، با اثرگذاري متناوب بر روي ذرات، نقش موثري در افزايش فاصله‌ي جدايش و همچنين افزايش بازده و خلوص جداسازي ذرات ايفا مي‌كند. در ريزسيالي از الكترودهاي متمركز، با توليد موج فشاري قوي‌تر و متمركزتر، در دست‌ورزي تك ذره و عموما به صورت موج رونده، مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در پژوهش حاضر، شبيه‌سازي سه بعدي انتشار موج صوتي سطحي با الكترودهاي متمركز، همچنين به صورت زاويه‌دار با جهت جريان، انجام شده است. در مقايسه‌ي طرح تراشه صوتي با الكترودهاي متمركز، با تراشه صوتي استاندارد، در جداسازي سلول‌هاي سرطاني از سلول‌هاي سفيد خون در دبي ۱۱ml/min، در تراشه پيشنهادي ۱۲ درصد فاصله‌ي جدايش سلول‌هاي ۱۲ و ۱۵ ميكرومتري بهبود يافته است؛ كه اين افزايش فاصله بين سلول‌هاي هدف، در بهبود خلوص جداسازي و امكان‌پذيري افرايش دبي، مي‌تواند نقش موثري ايفا نمايد. در تراشه صوتي با الكترودهاي متمركز، برخلاف افزايش فاصله‌ي جدايش سلول‌ها، با كاهش ولتاژ طراحيِ مطلوب، نيروي صوتي وارد بر ذرات تا ۲۰ درصد كاهش مي‌يابد و اين امر مي‌تواند در افزايش زنده‌ماني سلول‌ها موثر باشد.

Microfluidic is used for separating and manipulating applications, with the aim of achieving small and efficient systems. Among active and passive separation methods, the acoustic separation method is considered for isolating and manipulating particles and cells due to its high efficiency, purity, and biocompatibility characteristics. Acoustic chips with standard tilted-angle electrodes play an influential role in increasing the separation distance as well as increasing the efficiency and purity of particle separation by alternately acting on the particles. In microfluidics, Focused electrodes are used for single-particle manipulation and detection by producing a more potent and more concentrated pressure wave, generally in the form of a traveling wave. The present study has done a three-dimensional simulation of a tilted-angle surface acoustic wave with focused electrodes. Increasing the distance between the final positions of target cells can play a critical role in improving the separation purity and the possibility of increasing the flow rate; so as to this fact, in the 11 ul/min flow rate the separation distance of 12 and 15-micrometer cells that represent WBC and CTC respectively, has improved 12% by taking advantage of focused tilted-angle acoustic chip compared with the standard tilted-angle acoustic one. Despite increases in the distance between the cells, In the focused acoustic chip, the acoustic radiation force acting on the particles has been reduced up to 20% by reducing the optimal design voltage, which can be effective in increasing cells viability.