شبيه سازي تشخيص ويروس كرونا در سامانه ميكروفلوئيديك الكتروترمال

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

كارشناسي ارشد

ويروس كرونا سال‌هاست كه به سرعت در سراسر جهان در حال گسترش بوده و منجر به از دست دادن جان افراد بي‌شماري شده است. شناسايي سريع اين بيماري منجر به درمان سريعتر آن مي شود. در مطالعه حاضر، يك شبيه‌سازي سه‌بعدي المان محدود براي تجزيه و تحليل و درك دقيق فرآيند اتصال بين كمپلكس‌هاي آنتي‌بادي (ليگاند) تثبيت شده روي سطح فعال و آنتي‌ژن (آناليت) پروتئين اسپايك ويروس كرونا انجام گرفته است. به منظور افزايش و بهينه‌سازي كارايي واكنش اتصال و كاهش مقاومت هاي انتقال جرم، از نيروي الكتروترمال جريان متناوب (ACET) و هندسه مارپيچي بايوسنسور ميكروفلوئيديك استفاده شده است. تلفيق اين دو بايكديگر موجب سرعت بخشيدن به انتقال آناليت ها به سمت سطح فعال و در نهايت تسهيل و بهبود واكنش اتصال مي شود. هدف اصلي اين پايان نامه بررسي كاهش زمان تشخيص حضور ويروس كرونا است. هندسه استفاده شده شامل يك ميكروكانال مارپيچ است كه سطح فعال و الكترودها بصورت سطوح انحنادار درون آن قرار گرفته است. يافته‌هاي شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه با اعمال ولتاژ Vrms به بايوسنسور ميكروفلوئيديك مارپيچ، زمان تشخيص را مي‌توان تا 68 درصد در مقايسه با غياب ولتاژ افزايش داد. علاوه بر اين، اين تحقيق شامل مطالعات پارامتري انجام شده بر روي هندسه مارپيچي است. در بررسي تاثير تغيير طول الكترود بر روي زمان تشخيص ويروس، افزايش طول الكترود مي‌تواند زمان تشخيص ويروس را تا 8 درصد بهبود دهد. با بررسي شرايط مرزي دما، پنج سناريو متمايز مورد بررسي قرار گرفت و در نهايت زماني كه ديواره بالايي ميكروكانال تحت دماي 300 كلوين و ديواره پاييني عايق حرارتي است به عنوان مطلوب‌ترين سناريو براي به حداقل رساندن زمان تشخيص بدست آمد، كه منجر به كاهش 36 درصدي نسبت به زمان تشخيص بايوسنسور در حالت اوليه (بدون اعمال پارامتري شرايط مرزي دمايي) شد. با ارزيابي تغييرات در ثابت‌هاي نرخ جذب و دفع، دو حالت اعمال و عدم اعمال نيروي الكتروترمال مورد مطالعه قرار گرفت. به طور خاص، هنگامي كه نيروي الكتروترمال در ولتاژ بهينه اعمال مي شود و ثابت هاي نرخ جذب و دفع افزايش مي يابند، زمان تشخيص بر خلاف حالت اوليه (عدم اعمال نيروي الكتروترمال) 71 درصد بهبود مي يابد. در زمينه مقايسه عملكردي هندسه هاي مستقيم و مارپيچي براي تعيين زمان تشخيص ويروس تحت ولتاژ اعمال شده، يافته هاي شبيه سازي نشان مي دهد كه هندسه مارپيچي از نظر توانايي تشخيص ويروس مزيت جزئي در حدود 2 تا 7 درصد در ولتاژهاي مختلف نسبت به هندسه مستقيم دارد.

226178

طراحي فرايند

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان