مدل سازي دوبعدي تغيير شكل سلول گلبول قرمز با خواص ويسكوالاستيك تحت اثر امواج فراصوتي

2D Simulation of Red Blood Cell Deformation with Viscoelastic Properties under Ultrasonic Waves

امروزه استفاده از امواج فراصوتي به منظور جداسازي ذرات يا سلول ها رو به گسترش است. يكي از عوامل تاثيرگذار در جداسازي، تغيير شكل سلول است كه ناشي از امواج فراصوتي است. مشهورترين مدل هاي مورد استفاده براي تغيير شكل، دو مدل الاستيك و ويسكوالاستيك هستند. در اين پژوهش سلول در محيط سيال و تحت اثر امواج فراصوتي مدل شده و تغيير شكل ها به دست آمده است. براي رسيدن به اين منظور معادله هلمهولتز كه تركيب معادلات اختلالي امواج فراصوتي و معادله ناوير استوكس است، حل مي شوند و فشار آكوستيك به دست مي آيد. سپس اين فشار به عنوان عامل تغيير شكل بر سلول اعمال مي شود و با كمك برهم كنش سيال و جامد، تغيير شكل به دست مي آيد. در اين پژوهش در ابتدا تغيير شكل سلول با خواص الاستيك ارائه شده و با پژوهش هاي تجربي پيشين اعتبارسنجي صورت گرفته است. در نهايت تغيير شكل براي سلول با فرض خواص ويسكوالاستيك كه تاكنون از آن براي مدل سازي تغيير شكل در ميدان آكوستيك استفاده نشده به دست آمده و ارائه شده است. نتايج نشان دهنده اين است كه مدل ويسكوالاستيك براي سلول تطابق بهتري در مقايسه با مدل الاستيك با نتايج تجربي دارد. هم چنين تاثير فركانس روي نسبت منظري نيز بررسي شده است. با افزايش فركانس از 2 به 8مگاهرتز، نسبت منظري 0.3 افزايش مي يابد.

Today, the use of ultrasonic waves is expanding to the separation of particles or cells. One of the effective factors in the separating is cell deformation caused by ultrasonic waves. The most popular models used for deformation are the elastic and viscoelastic models. In this research, the cell has been modeled in a fluid environment under the influence of ultrasonic waves and deformations has been obtained. For this purpose, the Helmholtz equation that is a combine of the disturbance equations of sound waves and Navier-Stokes equation is solved and acoustic pressure is obtained. This pressure is then applied to the cell as deformation agent and the deformation is obtained using fluid-solid interactions modeling. Initially, deformation of the cell with elastic properties has been presented and validation has been conducted using comparison with the previous experimental researches. Finally, the deformation for the viscoelastic cell, which has so far not been used for deformation modeling in the acoustic field, has been obtained and presented. The results show that the viscoelastic model has the most compatibility with the experiment results. Also, the effect of frequency on the aspect ratio has been investigated. As the frequency ranges increased from 2 to 8 MHz, the aspect ratio is increased to 0.3.