مدل سازي دو بعدي جداسازي ذرات زيستي با استفاده از اينرسي در ميكرو كانال

Two-dimensional modeling of bio-particles separation by Inertia in micro-channel

امروزه شناخت زود هنگام بيماري‌هاي صعب‌العلاج از قبيل سرطان، نقش اساسي را در جلوگيري از پيشرفت بيماري ايفا مي كند. عامل اصلي مرگ و مير ناشي از سرطان، بازگشت دوباره‌ي اين بيماري به سبب رها شدن سلول‌هاي سرگردان توموري در خون بيمار است. از ميان روش‌هاي مختلفي كه جهت پايش خون در سال‌هاي اخير ابداع شده‌اند، روش‌هاي مبتني بر بكارگيري جريان در مقياس ميكرو مورد توجه ويژه‌اي قرار گرفته است. رشد و توسعه‌ي اين روش‌‌ها‌ منجر به ظهور آزمايشگاه‌ها در ابعاد ميكرو بر روي تراشه گرديده است كه قيمت پايين و سادگي، مزيت اصلي آن است. از آنجايي كه اندازه‌ي ذرات زيستي در جريان خون متفاوت است، مسير حركت اين ذرات در ميكروكانال به سبب نيروهاي متفاوت وارد بر آن‌ها نيز متفاوت خواهد شد و در نتيجه مي‌توان با تحليل مسير آن‌ها، به طراحي ريزتراشه‌هاي زيستي پرداخت. در تحقيق حاضر، يك جريان دو فاز حاوي ذراتي كروي با ابعاد سلول‌هاي خوني مدنظر قرار گرفته و نيروهاي موثر بر ذرات اين جريان اعم از نيروهاي ليفت و درگ با استفاده از نرم‌افزار كامسول مطالعه شده‌اند. براي اين منظور كانالي واگرا در ابعاد ميكرو، طراحي شده و اثر نسبت عرض خروجي به عرض ورودي كانال به عنوان پارامتر هندسي موثر در جداسازي ذرات زيستي، بررسي شده است. مطالعه تاثير ابعاد ذرات و پارامترهاي هندسي كانال بر جداسازي ذرات زيستي، اهداف اصلي تحقيق حاضر است. نتايج نشان مي‌دهد كه با افزايش نسبت عرض خروجي به ورودي، تجميع ذرات بزرگتر در خروجي كانال بيشتر خواهد شد.

Early diagnosis of hypertensive diseases such as cancer plays an essential role in preventing disease progression. The main cause of death from cancer is the reappearance of the disease due to the release of tumor cells in the blood of the patient. Among the various methods that have been devised for monitoring blood in recent years, the techniques based on micro-scale flow have specially been considered. The development of these methods has led to the emergence of microfluidics laboratories on the chips, which their main advantages are low prices and simplicity. Since the particles’ sizes are different in the flow of blood, the direction of these particles in the micro-channels will vary due to the different forces, and therefore they can be analyzed to the design of bio-microchips. In the present study, a two-phase flow containing spherical particles with the dimensions of blood cells was considered, and the forces affecting the particles of this current, including the lift forces and drag forces, were studied using COMSOL software. For this purpose, a micro divergent channel was designed and the effect of ratio of the outlet width to the inlet width (Aspect Ratio) as an effective geometric parameter in the biological particle separation was analyzed. The study of the effect of particle dimensions and various geometric parameters of the channel on bio-particles separation are the main goals of this research. The results show that by increasing the Aspect ratio, focusing of the larger particles would increase at the outlet of micro-channel.