Akustoforez İle Mikroparçacık Ayıran Sistemlerin Performansını Etkileyen Faktörlerin Anlaşılması ve Çalışma Debilerinin Arttırılması

Mehmet Bülent ÖZER (adres yazılmamıs)
Barbaros ÇETIN (Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Fakültesi, Biyoloji Bölümü, İzmir, Türkiye)
Zarife Göknur BÜKE (TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)
0 3

Proje Grubu: MAG Sayfa Sayısı: 123 Proje No: 115M684 Proje Bitiş Tarihi: 01.03.2019 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 27-02-2020

Akustoforez İle Mikroparçacık Ayıran Sistemlerin Performansını Etkileyen Faktörlerin Anlaşılması ve Çalışma Debilerinin Arttırılması

Öz:
Akustoforez akustik basınç kullanılarak parçacıkların (genellikle) bir mikro kanal içinde ayrılması ya da belirli bölgelere yönlendirilmesidir. Akustoforetik prensip ile çalısan cihazlar biyomedikal ve tıp alanlarında bazı konvansiyonel hücre ayırma platformlarının yerini alabilecek potansiyele sahiptir. Ancak bu uygulamalarda kullanılabilmeleri için birim zamanda isleyebildikleri biyolojik sıvı ve parçacık miktarının arttırılması gerekmektedir. Bu projedeki amacımız akustoforez isleminin performansını etkileyen faktörleri anlayarak islem sırasındaki debilerin arttırılmasıdır. Amacımızı gerçeklestirebilmek için yeni piezoelektrik malzemelerin kullanımından, farklı piezoelektrik eyleyici tasarımlarına, farklı çip malzemeleri kullanımına, piezoelektrik eyleyici ısınmasının anlasılmasına kadar çok farklı yaklasımlar denemistir. Ayrıca sayısal benzetimler akustoforetik ayrımda performansı etkileyen parametrelerin anlasılması için çok etkili olarak kullanılmıstır. Proje kapsamında akustik, mekanik, elektriksel ve akıskan alanlarının birbiri ile etkilestigi üç boyutlu sonlu elemanlar bazlı bir sayısal benzetim metodu kullanılmıs ve tasarladıgımız ayırıcıların performanslarının artmasını saglamak için etkili olarak kullanılmıstır. Çalısmanın sonucunda farklı malzemelerden olusan, degisik frekanslarda çalısabilen, kimileri kendi malzeme gruplarında literatürde en yüksek debiyle parçacık ayırabilen altı farklı akustoforetik çip tasarlanmıs, üretilmis ve test edilmistir.
Anahtar Kelime: ultrasonik parçacık ayırımı ultrasonik parçacık manipülasyonu Akustoforez

Konular: Biyoloji
Erişim Türü: Erişime Açık
  • Thomas Laurell, Filip Petersson, and Andreas Nilsson. Chip integrated strategies for acoustic separation and manipulation of cells and particles. Chem. Soc. Rev., 36:492{506, 2007.
  • NUMERICAL MODELING AND EXPERIMENTAL STUDIES ON ULTRASONIC SEPARATION OF MICROPARTICLES (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Sözlü Sunum),
  • B. Cetin, M. B. Ozer, and M. E. Solmaz. Micro uidic bio-particle manipulation for biotechnology. Biochem. Eng. J., 92:63{82, 2014.
  • M. Antfolk, P. B. Muller, P. Augustsson, H. Bruus, and T. Laurell. Focusing of sub-micrometer particles and bacteria enabled by two-dimensional acoustophoresis. Lab Chip, 14:2791{2799, 2014.
  • Maria Tenje, Maria N. Lundgren, Ann-Margret Sward-Nilsson, Jens Kjeldsen-Kragh, Lena Lyxe, and Andreas Lenshof. Acoustophoretic removal of proteins from blood components. Biomedical Microdevices, 17(5):95, 2015.
  • Daniel Ahmed, Adem Ozcelik, Nagagireesh Bojanala, Nitesh Nama, Awani Upadhyay, Yuchao Chen, Wendy Hanna-Rose, and Tony Jun Huang. Rotational manipulation of single cells and organisms using acoustic waves. Nature Communications, 7:11085 EP {, 03 2016.
  • Murat Kaynak, Adem Ozcelik, Amir Nourhani, Paul E. Lammert, Vincent H. Crespi, and Tony Jun Huang. Acoustic actuation of bioinspired microswimmers. Lab Chip, 17:395{400, 2017.
  • Hakan Ceylan, Joshua Giltinan, Kristen Kozielski, and Metin Sitti. Mobile microrobots for bioengineering applications. Lab Chip, 17:1705{1724, 2017.
  • Prateek Sehgal and Brian J. Kirby. Separation of 300 and 100 nm particles in fabry-perot acousto uidic resonators. Analytical Chemistry, 89(22):12192{12200, 2017.
  • Mengxi Wu, Zhangming Mao, Kejie Chen, Hunter Bachman, Yuchao Chen, Joseph Rufo, Liqiang Ren, Peng Li, Lin Wang, and Tony Jun Huang. Acoustic separation of nanoparticles in continuous ow. Advanced Functional Materials, 27(14):1606039, 2017.
  • Anke Urbansky, Pelle Ohlsson, Andreas Lenshof, Fabio Garofalo, Stefan Scheding, and Thomas Laurell. Rapid and e ective enrichment of mononuclear cells from blood using acoustophoresis. Scienti c Reports, 7(1):17161, 2017.
  • Cecilia Magnusson, Per Augustsson, Andreas Lenshof, Yvonne Ceder, Thomas Laurell, and Hans Lilja. Clinical-scale cell-surface-marker independent acoustic micro uidic enrichment of tumor cells from blood. Analytical Chemistry, 89(22):11954{11961, 2017.
  • Wei Zhou, Jingjing Wang, Kaiyue Wang, Bin Huang, Lili Niu, Fei Li, Feiyan Cai, Yan Chen, Xin Liu, Xiaoyan Zhang, Hankui Cheng, Lijun Kang, Long Meng, and Hairong Zheng. Ultrasound neuro-modulation chip: activation of sensory neurons in caenorhabditis elegans by surface acoustic waves. Lab Chip, 17:1725{1731, 2017.
  • W. L. Ung, K. Mutafopulos, P. Spink, R. W. Rambach, T. Franke, and D. A. Weitz. Enhanced surface acoustic wave cell sorting by 3d micro uidic-chip design. Lab Chip, 17:4059{4069, 2017.
  • [Klara Petersson, Ola Jakobsson, Pelle Ohlsson, Per Augustsson, Stefan Scheding, Johan Malm, and Thomas Laurell. Acousto uidic hematocrit determination. Analytica Chimica Acta, 1000:199{204, 2018.
  • Charles Lissandrello, Ryan Dubay, Kenneth T. Kotz, and Jason Fiering. Puri cation of lymphocytes by acoustic separation in plastic microchannels. SLAS TECHNOLOGY: Translating Life Sciences Innovation, 23(4):352{363, 2018.
  • Pelle Ohlsson, Klara Petersson, Per Augustsson, and Thomas Laurell. Acoustic impedance matched bu ers enable separation of bacteria from blood cells at high cell concentrations. Scienti c Reports, 8(1):9156, 2018.
  • R. Silva, P. Dow, R. Dubay, C. Lissandrello, J. Holder, D. Densmore, and J. Fiering. Rapid prototyping and parametric optimization of plastic acousto uidic devices for blood{bacteria separation. Biomedical Microdevices, 19(3):70, 2017.
  • P. Dow, K. Kotz, S. Gruszka, J. Holder, and J. Fiering. Acoustic separation in plastic micro
  • uidics for rapid detection of bacteria in blood using engineered bacteriophage. Lab Chip, 18:923{932, 2018.
  • Yuyang Gu, Chuyi Chen, ZeyuWang, Po-Hsun Huang, Hai Fu, LinWang, MengxiWu, Yuchao Chen, Tieyu Gao, Jianying Gong, Jean Kwun, Gowthami M. Arepally, and Tony Jun Huang. Plastic-based acousto uidic devices for high-throughput, biocompatible platelet separation. Lab Chip, 19:394{402, 2019.
  • B. Cetin, M. B. Ozer, E. Cagatay, and S. Buyukkocak. An integrated acoustic and dielectrophoretic particle manipulation in a micro uidic device for particle wash and separation fabricated by mechanical machining. Biomicro uidics, 10(014112), 2016.
  • Maria Antfolk, Soo Hyeon Kim, Saori Koizumi, Teruo Fujii, and Thomas Laurell. Labelfree single-cell separation and imaging of cancer cells using an integrated micro uidic system. Scienti c Reports, 7:46507 EP {, 2017.
  • Kevin Cushing, Eva Undvall, Yvonne Ceder, Hans Lilja, and Thomas Laurell. Reducing WBC background in cancer cell separation products by negative acoustic contrast particle immuno-acoustophoresis. Analytica Chimica Acta, 1000:256{264, 2018.
  • [Louis V King. On the acoustic radiation pressure on spheres. Proceedings of the Royal Society of London. Series A-Mathematical and Physical Sciences, 147(861):212{240, 1934.
  • K. Yosioka K and Y. Kawasima. Acoustic radiation pressure on acompressible sphere. Acous- tica, 5:167{173, 1955.
  • L. P. Gorkov. On the forces acting on a small particle in an acoustic eld in an ideal uid. Dokl. Akad. Nauk SSSR, 6:773{776, 1962.
  • Mikkel Settnes and Henrik Bruus. Forces acting on a small particle in an acoustical eld in a viscous uid. Phys. Rev. E, 85:016327, 2012.
  • Jonas T. Karlsen and Henrik Bruus. Forces acting on a small particle in an acoustical eld in a thermoviscous uid. Phys. Rev. E, 92:043010, 2015.
  • Jingtao Wang and Jurg Dual. Numerical simulations for the time-averaged acoustic forces acting on rigid cylinders in ideal and viscous uids. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, 42(28):285502, 2009.
  • Glauber T. Silva and Henrik Bruus. Acoustic interaction forces between small particles in an ideal uid. Phys. Rev. E, 90:063007, 2014.
  • Thierry Baasch, Ivo Leibacher, and J. Dual. Multibody dynamics in acoustophoresis. The Journal of the Acoustical Society of America, 141(3):1664{1674, 2017.
  • Jingtao Wang and Jurg Dual. Theoretical and numerical calculation of the acoustic radiation force acting on a circular rigid cylinder near a at wall in a standing wave excitation in an ideal uid. Ultrasonics, 52(2):325 { 332, 2012.
  • Peter Glynne-Jones, Puja P. Mishra, Rosemary J. Boltryk, and Martyn Hill. Ecient nite element modeling of radiation forces on elastic particles of arbitrary size and geometry. The Journal of the Acoustical Society of America, 133(4):1885{1893, 2013.
  • Philipp Hahn, Ivo Leibacher, Thierry Baasch, and Jurg Dual. Numerical simulation of acousto uidic manipulation by radiation forces and acoustic streaming for complex particles. Lab Chip, 15:4302{4313, 2015.
  • Alexander Garbin, Ivo Leibacher, Philipp Hahn, Hortense Le Ferrand, A. Studart, and J. Dual. Acoustophoresis of disk-shaped microparticles: A numerical and experimental study of acoustic radiation forces and torques. The Journal of the Acoustical Society of America, 138(5):2759{2769, 2015.
  • Feiyan Cai, Long Meng, Chunxiang Jiang, Yu Pan, and Hairong Zheng. Computation of the acoustic radiation force using the nite-di erence time-domain method. The Journal of the Acoustical Society of America, 128(4):1617{1622, 2010.
  • Thierry Baasch and J. Dual. Acousto uidic particle dynamics: Beyond the rayleigh limit. The Journal of the Acoustical Society of America, 143(1):509{519, 2018.
  • Philipp Hahn, Olivier Schwab, and Jurg Dual. Modeling and optimization of acousto uidic micro-devices. Lab Chip, 14:3937{3948, 2014.
  • Peter Barkholt Muller, Rune Barnkob, Mads Jakob Herring Jensen, and Henrik Bruus. A numerical study of microparticle acoustophoresis driven by acoustic radiation forces and streaming-induced drag forces. Lab Chip, 12:4617{4627, 2012.
  • P. B. Muller, M. Rossi, A. G. Marn, R. Barnkob, P. Augustsson, T. Laurell, C. J. Kahler, and H. Bruus. Ultrasound-induced acoustophoretic motion of microparticles in three dimensions. Phys. Rev. E, 88:023006, 2013.
  • Nitesh Nama, Rune Barnkob, Zhangming Mao, Christian J. Khler, Francesco Costanzo, and Tony Jun Huang. Numerical study of acoustophoretic motion of particles in a pdms microchannel driven by surface acoustic waves. Lab Chip, 15:2700{2709, 2015.
  • Zhongzheng Liu, Yong-Joe Kim, Han Wang, and Arum Han. E ects of uid medium ow and spatial temperature variation on acoustophoretic motion of microparticles in micro uidic channels. The Journal of the Acoustical Society of America, 139(1):332{349, 2016.
  • Zhangming Mao, Yuliang Xie, Feng Guo, Liqiang Ren, Po-Hsun Huang, Yuchao Chen, Joseph Rufo, Francesco Costanzo, and Tony Jun Huang. Experimental and numerical studies on standing surface acoustic wave micro uidics. Lab Chip, 16:515{524, 2016.
  • G. Trippa, Y. Ventikos, D. P. Taggart, and C. Coussios. Cfd modeling of an ultrasonic separator for the removal of lipid particles from pericardial suction blood. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 58(2):282{290, 2011.
  • Ian Gralinski, Tuncay Alan, and Adrian Neild. Non-contact acoustic trapping in circular cross-section glass capillaries: A numerical study. The Journal of the Acoustical Society of America, 132(5):2978{2987, 2012.
  • Francisco J. Trujillo, Sebastian Eberhardt, Dirk Muller, Jurg Dual, and Kai Knoerzer. Multiphysics modelling of the separation of suspended particles via frequency ramping of ultrasonic standing waves. Ultrasonics Sonochemistry, 20(2):655{666, 2013.
  • S. Buyukkocak, M. B. Ozer, and B. Cetin. Numerical modeling of ultrasonic particle manipulation for micro uidic applications. Micro uid. Nano uid., 17(6):1025{1037, 2014.
  • Junjun Lei, Martyn Hill, and Peter Glynne-Jones. Numerical simulation of 3d boundary-driven acoustic streaming in micro uidic devices. Lab Chip, 14:532{541, 2014.
  • Henrik Bruus. Acousto uidics 1: Governing equations in micro uidics. Lab Chip, 11:3742{ 3751, 2011.
  • Henrik Bruus. Acousto uidics 2: Perturbation theory and ultrasound resonance modes. Lab Chip, 12:20{28, 2012.
  • Henrik Bruus. Acousto uidics 7: The acoustic radiation force on small particles. Lab Chip, 12:1014{1021, 2012.
  • B. Cetin, S. D. Oner, and B. Baranoglu. Modeling of dielectrophoretic particle motion: Point particle vs nite-sized particle. Electrophoresis, 38:1407{1418, 2017.
APA ÖZER M, ÇETIN B, BÜKE Z (2019). Akustoforez İle Mikroparçacık Ayıran Sistemlerin Performansını Etkileyen Faktörlerin Anlaşılması ve Çalışma Debilerinin Arttırılması. , 1 - 123.
Chicago ÖZER Mehmet Bülent,ÇETIN Barbaros,BÜKE Zarife Göknur Akustoforez İle Mikroparçacık Ayıran Sistemlerin Performansını Etkileyen Faktörlerin Anlaşılması ve Çalışma Debilerinin Arttırılması. (2019): 1 - 123.
MLA ÖZER Mehmet Bülent,ÇETIN Barbaros,BÜKE Zarife Göknur Akustoforez İle Mikroparçacık Ayıran Sistemlerin Performansını Etkileyen Faktörlerin Anlaşılması ve Çalışma Debilerinin Arttırılması. , 2019, ss.1 - 123.
AMA ÖZER M,ÇETIN B,BÜKE Z Akustoforez İle Mikroparçacık Ayıran Sistemlerin Performansını Etkileyen Faktörlerin Anlaşılması ve Çalışma Debilerinin Arttırılması. . 2019; 1 - 123.
Vancouver ÖZER M,ÇETIN B,BÜKE Z Akustoforez İle Mikroparçacık Ayıran Sistemlerin Performansını Etkileyen Faktörlerin Anlaşılması ve Çalışma Debilerinin Arttırılması. . 2019; 1 - 123.
IEEE ÖZER M,ÇETIN B,BÜKE Z "Akustoforez İle Mikroparçacık Ayıran Sistemlerin Performansını Etkileyen Faktörlerin Anlaşılması ve Çalışma Debilerinin Arttırılması." , ss.1 - 123, 2019.
ISNAD ÖZER, Mehmet Bülent vd. "Akustoforez İle Mikroparçacık Ayıran Sistemlerin Performansını Etkileyen Faktörlerin Anlaşılması ve Çalışma Debilerinin Arttırılması". (2019), 1-123.
APA ÖZER M, ÇETIN B, BÜKE Z (2019). Akustoforez İle Mikroparçacık Ayıran Sistemlerin Performansını Etkileyen Faktörlerin Anlaşılması ve Çalışma Debilerinin Arttırılması. , 1 - 123.
Chicago ÖZER Mehmet Bülent,ÇETIN Barbaros,BÜKE Zarife Göknur Akustoforez İle Mikroparçacık Ayıran Sistemlerin Performansını Etkileyen Faktörlerin Anlaşılması ve Çalışma Debilerinin Arttırılması. (2019): 1 - 123.
MLA ÖZER Mehmet Bülent,ÇETIN Barbaros,BÜKE Zarife Göknur Akustoforez İle Mikroparçacık Ayıran Sistemlerin Performansını Etkileyen Faktörlerin Anlaşılması ve Çalışma Debilerinin Arttırılması. , 2019, ss.1 - 123.
AMA ÖZER M,ÇETIN B,BÜKE Z Akustoforez İle Mikroparçacık Ayıran Sistemlerin Performansını Etkileyen Faktörlerin Anlaşılması ve Çalışma Debilerinin Arttırılması. . 2019; 1 - 123.
Vancouver ÖZER M,ÇETIN B,BÜKE Z Akustoforez İle Mikroparçacık Ayıran Sistemlerin Performansını Etkileyen Faktörlerin Anlaşılması ve Çalışma Debilerinin Arttırılması. . 2019; 1 - 123.
IEEE ÖZER M,ÇETIN B,BÜKE Z "Akustoforez İle Mikroparçacık Ayıran Sistemlerin Performansını Etkileyen Faktörlerin Anlaşılması ve Çalışma Debilerinin Arttırılması." , ss.1 - 123, 2019.
ISNAD ÖZER, Mehmet Bülent vd. "Akustoforez İle Mikroparçacık Ayıran Sistemlerin Performansını Etkileyen Faktörlerin Anlaşılması ve Çalışma Debilerinin Arttırılması". (2019), 1-123.
Sayfa Oluşturulma Tarihi
18-04-2024 3:7

İLETİŞİM

TÜBİTAK ULAKBİM TR Dizin

Yüzüncüyıl, İşçi Blokları Mahallesi

Muhsin Yazıcıoğlu Caddesi No:51/C

06530 Çankaya / ANKARA +90 (312) 298 92 00

trdizin@tubitak.gov.tr

TÜBİTAK ULAKBİM Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi Cahit Arf Bilgi Merkezi © Tüm Hakları Saklıdır. Gizlilik Politikası Kullanım Şartları