طراحی، ساخت و مطالعه آزمایشگاهی میکروکانال مارپیچی جداساز ذرات در سیستم‌های میکروسیالات گریز از مرکز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مکانیک،دانشکده مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران،تهران،ایران

2 بیومکانیک،دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

3 علم و صنعت*مهندسی مکانیک

4 مهندسی پزشکی،سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران، تهران، ایران

چکیده

امروزه تمایل بسیاری به استفاده از میکروسیستم‌ها‌‌‌ی تحلیلی در زمینه‌‌‌ی تشخیص‌‌‌های مولکولی و میکروسیالاتی وجود دارد‌ چراکه مزایایی مانند فضای کم، کاهش میزان مصرف نمونه و کاهش زمان تحلیل دارند. میکروسیالات دورانی یک زیر شاخه از حوزه‌ی میکروسیالات است که با بهره‌گیری از نیروهای گریز از مرکز باعث حرکت سیال در شبکه‌های محصور شده در سیستم‌ها‌‌‌ی دیسک شکل دوار می‌گردد‌. المان جداسازی یکی از پرکاربردترین المان‌های به‌کار رفته در این سیستم‌ها می‌باشد که به‌منظور جداسازی ذرات موجود در نمونه به‌کار می‌رود. در این پژوهش روش هندسی جدیدی برای جداسازی ذرات معلق در یک نمونه سیال به روش منفعل ارائه شده است. هندسه مارپیچ شکل به‌کار رفته در این مدل باعث می‌شود نیروی گریز از مرکز محلی ناشی از انحنای کانال علاوه بر نیروهای گریز از مرکز و کوریولیس ناشی از دوران دیسک به فرایند جداسازی کمک کند. در ابتدا روند جداسازی ذرات در کانال مطالعه می‌شود و سپس تاثیر پارامترهای طول کانال و سرعت دوران بر بازدهی المان بررسی می‌گردد. نتایج حاصل از آزمایش‌ها بازدهی جداسازی بالای 90 درصد را نشان دادند که حاکی از پتانسیل بالای این المان در فرایند جداسازی می‌باشد. همچنین افزایش سرعت دورانی و طول کانال مارپیچ باعث بهتر شدن فرایند جداسازی و افزایش بازدهی می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Design, Fabrication and Experimental Study of Spiral Microchannel Particle Separator on Centrifugal Microfluidic Platforms

نویسندگان [English]

  • Delaram Zohrevandi 1
  • esmail pishbin 2
  • Mahdi Navidbakhsh 3
  • manochehr eghbal 4
1 Mechanic,mechanic,iran university science and technology,tehran,iran
2 mechanic,Department of Mechanical Engineering, Iran University and Science Technology, Tehran, iran
3 mechanic,Mechanical Engineering,Iran University and Science Technology,Tehran, iran
4 Biomedical Engineering,Iranian Research Organization for Science and Technology, Tehran, iran
چکیده [English]

Nowadays there are a lot of tendencies to use analytical micro-systems in the field of molecular and microbial diagnostics, because of benefits such as less required space, reduced sample and reagent consumption and reduced analysis time. The rotational microfluidic is a sub-branch of the microfluidic systems which by using centrifugal forces, causes the fluid to flow in the networks enclosed in disk-shaped rotating systems. These networks can carry out chemical or biological tests and lead to create more capable devices replaced with current regular devices for medical diagnosis. One of the most commonly used elements in microfluidic systems is the separation element. This element is used to separate particles in the sample by considering mechanical, chemical and electrical specifications. In this study, a novel geometry designed to separate particles passively in microfluidic systems. The spiral microchannel geometry imports the local centrifugal force caused by the curvature of the channel in addition to the centrifugal and the Coriolis forces, to affect the particles and increase the efficiency of the separation. The particle separation process in the proposed channel was studied. The results of the experiments showed high separation efficiency, which indicates the high potential of this element in the separation process.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Microfluidic
  • Centrifugal Microfluidics
  • Lob on Disc
  • Spiral microchannel
  • Separation
[1] O. Strohmeier, M. Keller, F. Schwemmer, S. Zehnle, D. Mark, F. von Stetten, R. Zengerle, N. Paust, Centrifugal microfluidic platforms: advanced unit operations and applications, Chemical Society Reviews, 44(17) (2015) 6187-6229.
[2] D.J. Kinahan, S.M. Kearney, N.A. Kilcawley, P.L. Early, M.T. Glynn, J. Ducrée, Density-gradient mediated band extraction of leukocytes from whole blood using centrifugo-pneumatic siphon valving on centrifugal microfluidic discs, PloS one, 11(5) (2016) e0155545.
[3] M. Grumann, A. Geipel, L. Riegger, R. Zengerle, J. Ducrée, Batch-mode mixing on centrifugal microfluidic platforms, Lab on a Chip, 5(5) (2005) 560-565.
[4] M. Tang, G. Wang, S.-K. Kong, H.-P. Ho, A review of biomedical centrifugal microfluidic platforms, Micromachines, 7(2) (2016) 26.
[5] W. Al-Faqheri, T.H.G. Thio, M.A. Qasaimeh, A. Dietzel, M. Madou, Particle/cell separation on microfluidic platforms based on centrifugation effect: A review, Microfluidics and Nanofluidics, 21(6) (2017) 102.
[6] M. Czugala, R. Gorkin III, T. Phelan, J. Gaughran, V.F. Curto, J. Ducrée, D. Diamond, F. Benito-Lopez, Optical sensing system based on wireless paired emitter detector diode device and ionogels for lab-on-a-disc water quality analysis, Lab on a Chip, 12(23) (2012) 5069-5078.
[7] R. Burger, P. Reith, G. Kijanka, V. Akujobi, P. Abgrall, J. Ducrée, Array-based capture, distribution, counting and multiplexed assaying of beads on a centrifugal microfluidic platform, Lab on a Chip, 12(7) (2012) 1289-1295.
[8] E.J. Templeton, E.D. Salin, A novel filtration method integrated on centrifugal microfluidic devices, Microfluidics and nanofluidics, 17(1) (2014) 245-251.
[9] C. Schembri, T. Burd, A. Kopf-Sill, L. Shea, B. Braynin, Centrifugation and capillarity integrated into a multiple analyte whole blood analyser, Journal of Analytical Methods in Chemistry, 17(3) (1995) 99-104.
[10] M. Amasia, M. Madou, Large-volume centrifugal microfluidic device for blood plasma separation, Bioanalysis, 2(10) (2010) 1701-1710.
[11] D. Zohrehvandi, E. Pishbin, M. Navidbakhsh, M. Eghbal, A new mechanism for the plasma separation from whole blood on the lab-on-a-disk systems based on moment of inertia method, in:  2017 24th National and 2nd International Iranian Conference on Biomedical Engineering (ICBME), IEEE, 2017, pp. 330-333.
[12] K.-C. Chen, T.-P. Lee, Y.-C. Pan, C.-L. Chiang, C.-L. Chen, Y.-H. Yang, B.-L. Chiang, H. Lee, A.M. Wo, Detection of circulating endothelial cells via a microfluidic disk, Clinical chemistry, 57(4) (2011) 586-592.
[13] R. Martinez-Duarte, R.A. Gorkin III, K. Abi-Samra, M.J. Madou, The integration of 3D carbon-electrode dielectrophoresis on a CD-like centrifugal microfluidic platform, Lab on a Chip, 10(8) (2010) 1030-1043.
[14] M. Boettcher, M.S. Jaeger, L. Riegger, J. Ducrée, R. Zengerle, C. Duschl, Lab-on-chip-based cell separation by combining dielectrophoresis and centrifugation, Biophysical Reviews and Letters, 1(04) (2006) 443-451.
[15] A. Shamloo, A. Selahi, M. Madadelahi, Designing and modeling a centrifugal microfluidic device to separate target blood cells, Journal of Micromechanics and Microengineering, 26(3) (2016) 035017.