ارائه روشي نوين براي اندازه گيري تجربي نيروي دي‌ الكتروفورز در عملگرهاي ميكروفلويديك جداسازي سلول‌

Development of a new method for experimental dielectrophoresis force measurement in the microfluidic cell sorting actuators

يكي از روش‌هاي توانمند براي دستكاري و جداسازي ذرات ميكروني و زير ميكروني استفاده از پديده دي‌الكتروفورز است، پديده اي كه در آن به ذرات موجود در سيال توسط ميدان الكتريكي غير يكنواخت نيرو وارد مي شود. در اين تحقيق پس از ارائه روابط تئوري و معادلات حاكم بر اين پديده، يك روش نوين جهت اندازه گيري تجربي نيروي دي‌الكتروفورز وارد به ذرات ارائه مي‌گردد. اين روش بر پايه استفاده از نيروي درگ وارد به ذره و حل معادلات تعادل آن است. براي اين كار نيروي درگ وارد به ذره در دو آزمايش مختلف يكي هنگامي كه كانال عمود بر جهت گيري الكترودها و ديگري هنگامي كه كانال موازي با الكترودها باشد، اندازه گيري شده و نيروي دي‌الكتروفورز وارد به سيال محاسبه مي‌شود. عملگر ساخته شده داري الكترودهاي شانه‌اي با عرض و فاصله 50 ميكرومتر بوده كه روي آن كانالي با ارتفاع 80 ميكرومتر از جنس پليمر پلي‌دي‌متيل‌سيلوكزان قرار گرفته است. در قسمت آزمايش‌هاي تجربي نيروي وارد به سلول تومور سرطان مغز U87 و سلول گلبول سفيد اندازه‌گيري شده و جهت صحت سنجي آن با توجه معلوم بودن خواص الكتريكي گلبول سفيد، نيروي دي‌الكتروفورز وارد بر آن به صورت عددي شبيه سازي شده و با مقدار اندازه‌گيري شده مقايسه گرديد. نتايج آزمايش‌ها نشان داد استفاده از مدل‌ سنتي براي اندازه‌گيري نيرو ممكن است تا بيش از 3 برابر اندازه واقعي خطا ايجاد كنند، اما در روش ارائه شده منشا اين خطا حذف مي‌شود.

Dielectrophoresis is a phenomenon with wide application in the cell sorting system, in which, the dielectrophoresis force acts on a dielectric particle located in the non-uniform electric filed is used. In this study, governing equations on this phenomenon is presented and a new method for measuring dielectrophoresis force is developed. This method is based on measuring drag force on particle and solving the equilibrium equations. For this purpose drag force is measured in two directions, parallel and perpendicular to electrodes. To evaluate the method, an actuator has been developed which has paralleled electrodes with 50 μm widths and 50 μm intervals and a PDMS channel with height of 80 μm is mounted on them. In experimental result, the exerted dielectrophoretic force on U-87 tumor cell and white blood cell were measured. Since electrical properties of white blood cells are known, the accuracy of presented method was evaluated by using numerical simulation of their dielectrophoretic force and comparing with experimental results. Experimental results prove that the error of force measurement in traditional models, may be even more than 3 time of the actual dielectrophoresis force, while in presented method the source of this error is eliminated .