Size based micro particle separation using a novel acoustophoresis based microfluidic system - Yazdani, Ali Mohammad (My University, 2019)
ÖZETAKUSTOFOREZ TABANLI MİKROAKIŞKAN SİSTEMİ KULLANARAK BÜYÜKLÜĞE GÖRE MİKROPARÇACIK AYRIŞTIRILMASI Dolaşımdaki tümör hücrelerinin (CTC) ayrıştırılması, metastaz kanser ölümlerinin önde gelen nedeni olduğundan, teşhis ve tedavi amaçlı çok önemlidir. CTC' leri saflaştırmak için literatürde birçok ayrıştırma yöntemleri mevcuttur. Çalışmada, yeni bir akustoforez tabanlı mikroakışkan sistemi kullanarak büyüklüğe göre mikroparçacık ayrıştırılması amaçlanmaktadır. Ayrıştırma hızı ve hassasiyeti, optimize edilmiş F-IDT yapısı kullanılarak yapılmıştır. Sistem simülasyon çalışmaları ile test edilmiş ve tasarım optimize edilmiştir. Biyosensör üretim çalışmaları ve karakterizasyon sonuçları da sunulmuştur.Etiketsiz aktif ayırma sistemleri dört ana metoda sahiptir: elektrokinetik, optik, acoustophoresis ve manyetoforez. Manyetoforez veya elektrokinetik, partikülü manyetik veya elektriksel özelliklerine göre ayırırken, acoustophoresis parçacık haciminden veya yoğunluğundan yararlanır. CTC' lerin karakteristik bir hacim ve şekilleri olduğundan aktif sistem olarak akostoforez kullanılmıştır. Odaklanmış IDT elektrotları odak alanı etrafındaki düğümleri oluşturmak için sabit bir dalga oluşturur. F-IDT yapısı sistemin güç ihtiyacını azaltır ve parçacıkların ayrıştırılma hızını arttırır. Simülasyonlarda kullanılan yapı parçacık davranışını gözlemlemek için 1 düğüme sahiptir. Sistem yapısı COMSOL 5.3 çoklu fiziksel sistemi kullanılarak simüle edilmiştir. Akustoforez bazlı ayırıştırma sistemi modeli optimize edilmiş tasarım parametrelerine göre inşa edilmiştir. Kanal, bir PDMS kanal duvarı ve içeri akan sıvı olarak simüle edilir. SAW açıldıktan sonra partikül hizalama süresinin 5 saniye olduğu gözlenmiştir. Bu nedenle, genel sistemin ayırma kabiliyeti sayısal simülasyonlarla gösterilmiştir.Ayrıca, aktif sistemin imalatı ve elektriksel karakterizasyonu da yapılmıştır. Sonuçlar, çalışma frekansının beklendiği gibi 15.02 MHz ve yaklaşık 20 dB yanıtın gözlendiğini göstermektedir. F-IDT yapıları, 200 nm krom katmanı ile kaplanmış bir LiNb03 levha üzerine uygulanan litografi işlemi kullanılarak oluşturulmuştur. Mikrokanal, SU-8 kalıplama yoluyla PDMS malzemeden üretilmiştir. PDMS mikrokanal, plazma temizleyici kullanılarak kuvars levha bağlanmıştır. Kanal genişliği yükseklik 125 m x 62.5 mm' dir.

ABSTRACTSIZE BASED MICRO PARTICLE SEPARATION USING A NOVEL ACOUSTOPHORESIS BASED MICROFLUIDIC SYSTEMSeparation of circulating tumor cells (CTCs) is crucial for diagnosis and therapeutic purposes since metastasis is leading cause of cancer-deaths. Many separation methods are proposed in the literature to purify the CTCs. The study purposes a novel size based micro particle separation using a novel acoustophoresis based microfluidic system. The separation speed and sensitivity are optimized using the optimized F-IDT structure. The system is tested through simulation studies and the design is optimized. The simulation studies and the results are reported in the study. The fabrication study and characterization results are also presented by the study. Label free active separation systems has four main methods, electrokinetics, optics, acoustophoresis and magnetophoresis. Magnetophoresis or electrokinetics separates the particle according to its magnetic or electrical properties while acoustophoresis uses volume or density. Acoustophoresis was used as the active system since volume and the shape are the characteristic property of the CTCs. Focused IDT electrodes generates a standing wave to create the nodes around the focal area. F-IDT structure decreases the power requirement of the system and increases the speed of the separation. The structure used in the simulations has 1 node to observe the particle behavior. The system structure is simulated using COMSOL 5.3 Multiphysics. Acoustophoresis based separation system model is built according to the optimized design parameters. The channel is simulated as a PDMS channel wall and fluid flowing inside. It is observed that the particles alignment duration is 5 secs after SAW is on. Therefore, the separation capability of the overall system is demonstrated through numerical simulations. The fabrication of the active system and the electrical characterization is performed. The results show that, the operating frequency is 15.02 MHz as expected, and about 20 dB response is observed. The F-IDT structures are created using the lithography process applied on a LiNbO3 wafer coated by 200 nm of chromium layer. The microchannel was fabricated out of PDMS by SU-8 molding. The PDMS microchannel was bonded to the quartz wafer using plasma cleaner. Channel widthheight is 125µm x 62.5µm.
Keywords: acoustic; acoustofluidic; acoustophoresis; akustik; biosensor; biyosensör; comsol; Makine mühendisliği; Mechanical engineering; Mikroakışkan; numerical analysis; Sayısal analiz microfluidic