شبيه‌سازي به‌دام‌اندازي نوري ذرات در ابعاد ميكرومتر داخل تراشه ميكروسيال

Simulation of optical trapping of micrometer-sized particles inside a microfluidic chip

از زمان كار اشكين و همكارانش در سال ۱۹۷۰، دستكاري نوري سلول‌هاي بيولوژيكي جذابيت روزافزوني در ميان جامعه علمي بدست آورده است كه امكان دستكاري سلول‌ها را بدون تماس فيزيكي و  بدون تأثيرگذاري بر قابليت زنده‌ماني آنها فراهم مي‌كند. در اين مقاله يك تكنيك براي به‌دام‌اندازي ذرات ميكرومتري داخل تراشه ميكروسيال با استفاده از دو باريكه واگرا خروجي از دو فيبر نوري متقابل با توان ۲۰۰ ميلي‌وات و طول موج ۶۳۲  نانومتر پيشنهاد مي‌شود. اين رويكرد مي‌تواند امكان  به‌دام‌اندازي ذرات ميكرومتري (قطر ۵ ميكرومتر تا ۲۰ ميكرومتر) داخل تراشه ميكروسيال را با تقريب اپتيك هندسي (قطر ذرات بزرگ‌تر از طول موج نور) فراهم كند. در اينجا ابتدا مسير حركت ذره به سمت محل تله با حل معادلات نوير استوكس نشان‌داده‌شده است. سپس توزيع نيروهاي وارد به ذره با ادغام نيروهاي مربوط به باريكه ليزر و سيال محاسبه و نحوه به‌دام‌اندازي ذرات به قطرهاي ۵، ۱۰، ۲۰ ميكروني داخل تراشه نمايش داده مي‌شود.

Since the work of Ashkin and his colleagues in 1970, optical manipulation of biological cells  has gained increasing interest among the scientific community. It provides the possibility of manipulating cells without physical contact and without affecting their viability. In this article, a technique for trapping micrometer particles a inside microfluidic chip is proposed using two divergent beams emerging from two mutual optical fibers with a power of 200 mW and a wavelength of 632 nm.This approach can provide the possibility of trapping micrometer particles (diameter 5 µm to 20 µm) inside the microfluidic chip with geometric optics approximation (particle diameter larger than the wavelength of light). Here, first, the trajectory of the particle towards the trap location is shown by solving the Navier-Stokes equations. Then, the distribution of the forces entering the particle is calculated by integrating the forces related to the laser beam and fluid, and the way to trap the particles with a diameters of 5, 10, 20 microns is displayed inside the chip.