PDMS tabanlı mikroakışkan platformları oluşturmak ve karakterize etmek

Abstract

Partikül filtrasyonu ve ayrıştırması çeşitli biyolojik ve sağlık uygulamalarında büyük öneme sahiptir. Mikrokanallarda pasif partikül ayrıştırma çalışmasında Reynolds sayısı 1'in üzerinde olduğunda atalet kuvvetleri viskoz kuvvetleri yenerek partiküllerin, bulundukları akış şeridine dik yönde yönde yer değiştirmesini sağlamaktadır. Bu yerdeğiştirmenin derecesi, partikülün kütlesine veya yoğunluğuna bağlı olmayıp, sadece çapına bağlı olarak değişmektedir. Ayrıca kanalın dönel geometriye sahip olmasıyla birlikte akışkan içerisinde karşılıklı ve birbirine ters olarak dönen iki vorteks oluşmaktadır. Bu ikincil akışa Dean akışı denilmektedir ve partiküller üzerinde sürüklenme kuvveti etkimesine neden olmaktadır. Atalet kuvvetleri ve Dean Sürüklenme kuvvetinin bileşkesinin büyüklüğü partiküllerin davranışını oldukça etkilemektedir. Reynolds Sayısı düşük olduğunda Net Atalet kuvveti Dean Sürüklenme Kuvvetinden büyük olur ve partiküller denge konumuna doğru göç etmeye başlarlar. Bu iki kuvvet birbirine eşit olduğunda partiküller denge konumuna ulaşır ve çizgi şeklinde sıralanırlar. Re sayısı daha fazla arttığında Dean sürüklenme kuvveti Net atalet kuvvetinden büyük olur ve partiküllerin denge konumunun bozulmasını ve birbirlerine karışmasına neden olur.Bu çalışmada kanalın geometrisine bağlı olarak farklı Reynolds sayılarındaki Dean akışının partiküller üzerindeki etkisi incelenmiştir. Mikrokanallar Soft Litografi yöntemi ile üretilmiş olup partikül olarak 9,9 µm çapındaki yeşil fluorosans partiküller kullanılmıştır.Asimetrik ve simetrik mikrokanal geometrileriyle yapılan çalışmada, 850 µl/dk debide yapılan deneylerde genişliği sabit olan asimetrik mikrokanallarda partiküllerin en iyi şekilde fokuslandığı gözlemlenmiştir.

Particle filtration and separation has a great importance for various biologic and health applications. In applications for separating passive particles in microchannels, if Reynolds number is higher than 1, inertial forces overcome the viscose forces and enable that the particles are relocated perpendicular to the flow line. The level of relocation does not depend on the particle mass or density, it changes depending on its diameter. Also, because the channel has a rotating geometry, two vortexes which are opposing and turning in opposite directions are formed in the fluid. This secondary flow is called Dean flow and causes that the dragging force effects the particles. The amount of the inertial forces and Dean drag forces substantially effects the behavior of the particle. If the Reynolds number is small net inertial force is higher than the Dean drag force and the particles start to move to the equilibrium position. If these two forces are equal, particles reach the equilibrium position and form a line. If the Re number is increased more Dean drag force is higher than the net inertial force and causes that the equilibrium position of the particles is lost and the particles are mixed together.In this study, the effect of Dean flow on the particles with different Reynolds numbers depending on the channel geometry is evaluated. The microchannels are produced by the soft lithography method and green fluorescence particles with 9.9 µm are used.