تمرکز اینرسی، یک رویکرد ضد شهودی برای متمرکز کردن سلول ها
فرض کنید یک میکروکانال مستطیلی حاوی یک جریان آرام با عدد رینولدز Re = 1 داریم. سپس، اجازه دهید به طور تصادفی ذرات معلق را در ورودی کانال توزیع کنیم. با توجه به اینکه هیچ نیروی خارجی بر روی این ذرات وارد نمی شود، به طور شهودی انتظار دارید که ذرات خط جریان سیال را دنبال کنند. با این حال، دانشمندان بیمارستان عمومی ماساچوست (MGH) و Veryst Engineering موافق نیستند و یافته های تحقیقاتی آنها الگوی کاملاً متفاوتی را با آنچه انتظار می رود نشان می دهد. محققان ادعا می کنند که بسته به هندسه کانال جریان، عدد دین و عدد رینولدز ذره و کانال، ذرات پراکنده تصادفی به یک موقعیت تعادلی همگرا می شوند که توسط خطوط جریان معمولی توصیف نمی شود.
کاربردهای تمرکز اینرسی
غلظت و جداسازی سلولها برای مطالعه بیشتر در بسیاری از روشهای پزشکی مهم است، زیرا اجازه میدهد تا سلولها از نمونه برای تجزیه و تحلیل و آزمایش خارج شوند. فوکوس اینرسی یا جداسازی اینرسی یکی از این تکنیکهای میکروسیال است که میتواند برای جداسازی ذرات با اندازههای مختلف مورد استفاده قرار گیرد و به آنها اجازه میدهد تا از نمونه برداشته شوند و تجزیه و تحلیل شوند. در مقاله ای از COMSOL News 2013 ، “مدل سازی فوکوس اینرسی در کانال های ریزسیال مستقیم و منحنی”، محققان موقعیت های تعادلی را که توسط ذرات با اندازه های مختلف با استفاده از شبیه سازی COMSOL برای پیش بینی الگوهای جداسازی تشکیل می شود، توصیف می کنند.
یافتههای محقق نشان میدهد که اثرات تمرکز اینرسی در یک کانال مستقیم باعث میشود که دو تعادل ذره در مرکز وجه بلند مقطع کانال شکل بگیرد، همانطور که در شکل 1A نشان داده شده است. علاوه بر این، هنگامی که یک انحنا به میکروکانال وارد می شود، نیروهای حاصله که بر ذرات اعمال می شود، موقعیت تعادل را تنظیم می کند، همانطور که در شکل 1B مشاهده می شود. این پدیده با نیروهای سیال اینرسی مشخص می شود و می تواند طیف وسیعی از کاربردها از جمله کاربردهای تحقیقاتی، صنعتی و بالینی را داشته باشد. اخیراً این فناوری نقش کلیدی در طراحی دستگاه های زیست پزشکی ایفا کرده و برای شناسایی سلول های سرطانی بدخیم در نمونه خون مورد استفاده قرار گرفته است.
![]() | ![]() |
شکل 1: اثرات تمرکز اینرسی بر ذرات در یک کانال مستقیم (A) و یک کانال منحنی (B).
درک فیزیک تمرکز اینرسی از طریق شبیه سازی
درک فیزیک پشت رفتار عجیب و غریب نشان داده شده توسط ذرات در یک کانال جریان آرام نیازمند استفاده از مدل های پیچیده CFD است. محققان از COMSOL برای پیشبینی مکانهای تعادلی ذرات و تغییرات این موقعیتها با پارامترهای جریان و هندسه استفاده کردند. آنها هم یک کانال مستقیم و هم یک کانال منحنی را تجزیه و تحلیل کردند و پیشبینیهای خود را با نتایج تجربی تأیید کردند.
برای درک بهتر فیزیک و تسهیل فرآیند مدل سازی، آنها هر مدل را به دو مرحله تقسیم کردند. اول، آنها یک مدل CFD بدون ذرات را محاسبه کردند که یک راه حل استاندارد جریان Hagen-Poiseuille برای کانال های مستقیم و یک راه حل جریان دین برای کانال های منحنی به آنها ارائه کرد. سپس، آنها راه حل را از مرحله اول تا شرایط مرزی ورودی یک مدل دوم CFD با ذرات نشان داده شده به صورت خالی در حوزه CFD ترسیم کردند. این مدل همچنین شامل شرایط دیوار متحرک مناسب برای محاسبه انتقال و چرخش ذرات بود. محققان با تنظیم معادلات دیفرانسیل جهانی، تعادل ذرات را برحسب سرعت های خطی و زاویه ای محاسبه کردند. سپس نیروهای بالابر اینرسی عرضی ایجاد شده توسط سیال را محاسبه کردند. در آخر، آنها اثر جریان دین را که در قسمت اول مدل به دست میآید، با فرض اثر کشیدن استوکس بر روی ذرات اضافه کردند. در نهایت، با در دست داشتن تمام معادلات، محققان توانستند شبیه سازی را با تعریف نیرو و همچنین معادلات تکانه اجرا کنند و به طور مستقیم اثرات تمرکز اینرسی را برای هر تنظیم تعریف شده از ذرات معلق تجسم کنند.
بیشتر خواندن
- داستان کامل کاربر را بخوانید: ” مدل سازی فوکوس اینرسی در کانال های میکروسیال مستقیم و منحنی “
- لینک دانلود به صورت پارت های 1 گیگابایتی در فایل های ZIP ارائه شده است.
- در صورتی که به هر دلیل موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید به ما اطلاع دهید.
برای مشاهده لینک دانلود لطفا وارد حساب کاربری خود شوید!
وارد شویدپسورد فایل : پسورد ندارد گزارش خرابی لینک
دیدگاهتان را بنویسید