جداسازي سلول‌هاي سرطاني در گردش خون با استفاده از ميكروفلوئيديك اينرسي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

دكتري

يكي از راهكارهاي تشخيص زودهنگام بيماري سرطان و كنترل روند درمان آن، استفاده از فناوري ميكروفلوئيديك اينرسي جهت جداسازي سلول‌هاي سرطاني از خون مي‌باشد. ميكروكانال‌ها با هندسه‌هاي مختلفي در اين تكنيك جهت جداسازي سلول‌هاي سرطاني از يك نمونه‌ سلولي مورد مطالعه قرار گرفته است كه در ميان آنها هندسه‌هاي اسپيرال متعارف توجه زيادي را به خود جلب كرده است. مطالعات گذشته و همچنين پژوهش حاضر نشان مي‌دهد كه تنها نيروي ليفت و نيروي درگ ناشي از جريان دين بر موقعيت تعادلي ذرات درون ميكروكانال‌هاي اسپيرال متعارف اثرگذار هستند و كنترل دقيق موقعيت تعادلي ذرات درون اين هندسه‌ها امكان‌پذير نمي‌باشد. در راستاي مطالعه‌اي كه در پژوهش حاضر روي موقعيت تعادلي يك ذره در يك ميكروكانال اسپيرال متعارف انجام شد، مدلي ارائه شد كه موقعيت تعادلي ذره را بر مبناي پارامترهاي هندسي كانال، دبي جريان و اندازه ذره پيش‌بيني مي‌كند. يكي از راهكارهايي كه محققان در جهت رفع اين چالش ارائه دادند، ادغام نمودن آرايه‌هاي انبساطي با هندسه اسپيرال متعارف مي‌باشد كه در اين پژوهش نيز اين راهكار دنبال شد. اين رساله به بررسي تمركز اينرسي سلول‌هاي توموري در گردش پستان (MCF-7) در يك طرح ميكروكانال كه ادغامي از آرايههاي انبساطي ايرفويلي شكل با هندسه اسپيرال متعارف مي‌باشد، مي‌پردازد. در واقع اضافه نمودن آرايه‌هاي انبساطي به هندسه اسپيرال متعارف منجر به كنترل شدت جريان‌هاي ثانويه دين مي‌شود و همين امر در كنترل مؤثرتر موقعيت تعادلي ذرات نقش دارد. ميكروكانال پيشنهادي شامل 5 حلقه، يك ورودي، دو خروجي، ارتفاع 75 ميكرومتر، عرض 150 ميكرومتر براي نواحي انقباضي و بيشينه عرض 500 ميكرومتر براي نواحي انبساطي مي‌باشد؛ به گونه‌اي كه نسبت حجم نواحي انبساطي به انقباضي 1/0623 مي‌باشد. خروجي دروني ميكروكانال جهت خارج شدن سلول‌هاي MCF-7 و خروجي بيروني جهت خارج شدن باقيمانده سيال عملياتي در نظر گرفته شده است. بدين منظور، در وهله اول با استفاده از شبيه‌سازي‌هاي عددي تصميم گرفته شد كه در طراحي ميكروكانال، از آرايه‌هاي انبساطي ايرفويلي شكل به جاي مستطيلي شكل استفاده شود. در اين راستا، به بررسي ميدان سرعت جريان سيال در دو هندسه ادغامي كه يكي از آنها داراي آرايه‌هاي انبساطي مستطيلي شكل و ديگري آرايه‌هاي انبساطي ايرفويلي شكل مي‌باشد، پرداخته شد. نتايج بررسي ميدان سرعت جريان سيال نشان داد كه در گوشه‌هاي آرايه‌هاي انبساطي مستطيلي، جرياني به صورت گردابه‌اي شكل ايجاد مي‌شود كه خود عامل كاهش عملكرد هندسه‌هاي ادغامي با آرايه‌هاي انبساطي مي‌شود. در ادامه مطالعات عددي، به بررسي اثر دبي جريان بر موقعيت تعادلي ذرات 16 ميكروني، به عنوان نماينده سلول‌هاي MCF-7، پرداخته شد. نتيجه اين مطالعات نشان داد كه بالا بردن دبي جريان منجر به نزديكتر شدن موقعيت تعادلي ذرات 16 ميكروني به ديواره دروني ميكروكانال مي‌شود؛ به گونه‌اي كه با افزايش دبي جريان از دبي 200 ميكروليتر بر دقيقه تا 500 ميكروليتر بر دقيقه، فاصله موقعيت تعادلي ذرات در خروجي ميكروكانال به اندازه 87/92 ميكرومتر به ديواره دروني ميكروكانال نزديكتر مي‌شود. لازم به ذكر است كه در روال انجام مطالعات عددي اين رساله، از شيوه تعامل سيال-جامد نيز استفاده شد تا با استفاده از اين رويكرد نيروهاي ليفت وارد بر ذره با توجه به موقعيت ذره در سطح مقطع كانال محاسبه شود. در ادامه مطالعات، به صورت آزمايشگاهي به بررسي تمركز اينرسي سلول‌هاي MCF-7 در دو دبي 200 و 300 ميكروليتر بر دقيقه درون هندسه پيشنهادي پرداخته شد. نتايج مطالعه آزمايشگاهي نشان داد كه با افزايش دبي جريان، بازيابي بيشتري از سلول‌هاي MCF-7 از خروجي هدف حاصل مي‌شود؛ به گونه‌اي كه افزايش دبي جريان به ميزان 100 ميكروليتر بر دقيقه، منجر به 10 درصد افزايش بازيابي سلول‌هاي MCF-7 مي‌شود.

233026

مهندسي شيمي

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان