FBE- Makine Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/9782

Gözat

Yazar "10137840" ile FBE- Makine Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans'a göz atma
  • Öge
    Dırek Dızıler Kullanılarak Mıkro Akışkanlardakı Bıyoparçacık Ayrıştırılmasının Araştırılması
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2017-02-3) Daryani, Reza ; Kuddusi, Lütfullah ; 10137840 ; Makina Mühendisliği ; Mechanical Engineering
    Klinik tanı çalışmalarının ve biyomoleküllerin ayrıştırılmasının esas amacı hastalığın altında yatan nedenleri ortaya çıkartmaktır. Bunu yapabilmek için hastalığa özgü biyomolekül veya hücrelerden kan, tükürük, hücre kültürü gibi örnekler almak ve çeşitli tanecikleri izole etmek gerekmektedir. Ancak bu örneklerin miktarlarının az olduğu durumlarda araştırma yapma kabiliyetimiz sınırlanmaktadır. Ayrıca, araştırma ve klinik laboratuvarlarında biyotaneciklerin ayrıştırılmasında bir çok yöntem yıllardır kullanılmaktadır. Bu yöntemlerin bir çoğu büyük miktarda örnek gerektirmekte, bir çok adımda gerçekleşmekte ve sonuç alınması uzun zaman almaktadır. Bu yöntemleri iki gruba ayırmak mümkündür. Bunların ilki taneciklerin fiziksel özelliklerindeki farklara dayanmaktadır. İkinci gruptaki yöntemler ise biyotaneciklerin teşhisinden yararlanmaktadır. Biyotaneciklerin ayrıştırılmasının avantajları mikro akışkan alanındaki gelişmelerden kaynaklanmaktadır. Avantajları arasında düşük maliyet, küçük örnek hacimlerinin yeterli olması, ayrıştırma zamanının kısa olması, akışkan hareketlerinin öngörülebilir olması ve tek kullanımlık aletler kullanılabilir olması sayılabilir. Sonuç olarak, çeşitli biyotanecikler için, çok çeşitli cihazlar kullanılmaktadır. Mikro akışkanların ayrıştırılmasında kullanılan yöntemler fiziksel özellik farkından ve tanecik belirlenmesinden yararlanmaktadır. Biyomoleküllerin izolasyonun kullanılan mikro akışkan cihazlarından birinde akışa dik olan ve kanalın yüksekliği boyunca uzanan mikro direk dizilerine sahip dikdörtgen şeklinde mikro kanallar kullanılmaktadır. Biyomoleküllerin ayrıştırılmasında kullanılan bu gibi cihazlar genellikle cam, silikon, metal, polimer ve gözenekli malzemelerden yapılmaktadır. Biyomedikal araştırmalarda ve klinik teşhisler konulurken kullanılan mikro akışkan cihazlarda, biyomoleküllerin verimli bir şekilde izolasyonu çok önemlidir. İzolasyon verimi, tanecik yakalama veriminin ve bağlanma veriminin bir fonksiyonu olarak tanımlanmaktadır. Açıklamak gerekirse, yakalama verimi taneciklerin toplayıcı tarafından yakalanmasının, bağlanma verimi ise yakalanan bir taneciğin bağlanma ihtimalinin bir fonksiyonu olarak tanımlanmaktadır. Bağlanma veriminin önemi aşikar olduğundan bu tez kapsamında yakalama verimi üzerinde durulmuştur. Biyolojik taneciklerin yakalanması, hava filtreleri ve deniz ekolojisi gibi bilim dallarında tanecik yakalanması üzerinde çalışılmaktadır. Direkt yakalama, difüzyon, atalet kuvvetleriyle yakalama ve yer çekimi kuvvetleri yardımıyla yakalama yöntemleri klasik olarak kullanılan yöntemlerdir. Bunlara ek olarak tanecik katı yüzeye yakın olduğunda etkili olan çeşitli fiziksel etkiler vardır. Direkt yakalama mekanizması akım çizgisi kinematiğinin bir sonucudur. Akım çizgisinin toplayıcıya olan mesafesi taneciğin yarıçapından az olduğunda, akım çizgisini takip eden tanecik toplayıcıya ulaşacaktır. Yakalama verimindeki en önemli faktör direkt yakalamadır. Diğer faktörlerin yakalama verimi üzerindeki etkisi ihmal edilebilir düzeydedir. Mikro akışkan cihazlarında silikon, cam ya da polimer malzemeler yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak bu tip cihazların kullanımında çeşitli sınırlamalar bulunmaktadır. Örneğin mikron altı parçacıklarda yakalama verimi oldukça düşüktür ve çeşitli parçacıklar için bunun gibi sınırlamalar bulunmaktadır. Ayrıca katı direkler kullanılan bir postta sıvılar için yakalama verimi de oldukça düşüktür. Verimin düşük olmasının iki ana nedeni vardır. Birincisi yığın akış etkisi ikincisi ise yakın yüzey etkisidir. Bu ve benzeri sorunların önüne geçebilmek için mikro akışkan cihazlarda gözenekli malzemeler kullanılmaktadır. Gözenekli malzemeler katı bir matris ve bunun içerisindeki boşluklu bir yapı olarak tanımlanabilir. Katı bir toplayıcıya göre gözenekli bir toplayıcının yakalama veriminin arttırılması için iki mekanizma önerilir. Birincisi gözenekli toplayıcının şekil değiştirebilme kabiliyeti sayesinde akış alanındaki değişmedir. Bu özellik daha çok taneciğin toplayıcıya gelmesini sağlamakta ve daha çok yakalama sağlamaktadır. İkincisi ise gözenekli bir toplayıcı kullanılması durumunda hidrodinamik direncin azalmasıdır. Yakalama verimi incelenirken katı ve gözenekli malzemeler dikdörtgen bir kanal içindeki dairesel direkler kullanılan bir model kullanılmıştır. Analizler gözenekli malzemelerin kullanılmasının yakalama verimini arttırdığını göstermiştir. Bundan sonraki analizler yakalama verimini etkileyen parametreler üzerine yoğunlaşmıştır. Bu parametreler gözenekli malzemenin cinsi, direklerin şekli, değişik direk dizileri ve direk dizilerini etkileyen geometrik parametreler olarak sınıflandırılabilir Modeller sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak COMSOL yazılımı yardımıyla nümerik olarak çözülmüştür. Akışa hakim denklemler süreklilik denklemi ve 2 boyutlu Navier Stokes denklemleridir. Tamamen gözenekli bir yapı içerisindeki akışlar için Darcy Yasası uygulanabilir. Ancak gözeneksiz ve gözenekli ortamlar beraber olduğunda Darcy Yasası doğru sonuç vermez. Buna benzer problemlerin çözümünde Darcy Yasasının Brinkman tarafından yapılan modifikasyonu genel olarak kullanılmaktadır. Su ve kan gibi iki ayrı sıkıştırılamaz akışkan için çeşitli modeller ve çeşitli tanecikler için denklemler çözülmüştür. Akışımız düşük Reynolds sayılı laminer akıştır ve kararlı haldedir. Sonuçlar gözenekli malzemelerin kullanılmasıyla yakalama veriminin büyük ölçüde iyileştirilebileceğini göstermektedir. Ayrıca altıgen veya kare kesitli direk kullanılması yakalama verimini arttırmaktadır. Ayrıca akışkan olarak kan kullanılmasının, suyla kıyaslandığında yakalama verimini önemli ölçüde arttırdığı gözlenmiştir.