| Popis: |
Damlacık temelli mikroakışkan sistemler, damlacık fiziksel özellikleri üzerinde kesin bir kontrol gerektirir. Bu yüzden, yüksek hassasiyetli analiz elde etmek için, damlacıkların morfolojik özelliklerinin ölçümü kritik bir öneme sahiptir. Böylesi ölçümleri gerçek zamanlı gerçekleştirebilme yetisi, daha önce üzerinde durulmamış diğer bir özelliktir. Bu çalışmada, boyut ve hızın impedimetrik ölçümü için farklı ölçüm modlarında düzlemsel elektrotlar kullanılmıştır. Damlacıkların boyutunu elde etmek için, sistemin detaylı 3 boyutlu sonlu eleman analizi gerçekleştirilmiştir. Homojen olmayan elektrik alan ile damlacıkların etkileşimi araştırılmıştır. Elektrot geometri optimizasyon adımları tanımlanmış ve tasarım kuralları ortaya konmuştur. 300 - 1500 µm uzunluktaki damlacıklar için yapılan simülasyonlara dayanarak elektrot boyutları optimize edilmiştir. Anlık istatistiksel analiz sonuçlarıyla birlikte damlacıkların uzunluk ve hızlarının gerçek zamanlı incelenmesi için, kullanıcı dostu bir bilgisayar uygulaması geliştirilmiştir. İmpedimetrik ve optiksel ölçüm gereçlerinin detaylı bir karşılaştırması yapılmıştır. Son olarak, gerçek zamanlı analize sahip olmanın faydalarını göstermek açısından, deneysel çalışmalar için iDM kullanılmıştır. Birinci çalışma, şırınga ve basınç pompa kullanan damlacık oluşturma cihazlarının yanıt zamanlarıdır. Bu analiz, kullanıcının damlacık oluşturma sistemlerindeki ısınma zamanının değerlendirmesini olanaklı kılar ki bu zamanı takiben damlacıklar testlerde gereksinim duyulan kararlı hal boyutuna ulaşırlar. İkincil olarak, damlacık uzunluk değişimleriyle birlikte, etkin faktörlerin ve bunların etkileşiminin araştırılması için bir değerlendirme çipi geliştirilmiştir. Detaylı bir deney tasarım metodu kullanılmıştır. Elde edilen sonuçların analizi, her faktörün ve bunların etkileşiminin etkisini ortaya çıkarmıştır. Bu çalışmadaki sonuçlar, eş dağılımlı mikroakışkan damlacık oluşumuna katkı sunmaktadır. Eş dağılımlı damlacık üretiminin potansiyelini biyokimyasal sentez/analiz ler de göstermek için, eş dağılımlı polietilen glikol polimer parçacıkları sentezlenmiştir. Droplet-based microfluidic systems require a precise control on droplet physical properties, hence measuring the morphological properties of droplets is critical to obtain high sensitivity analysis. The ability to perform such measurements in real-time is another demand which has not been addressed yet. In this study, coplanar electrodes were used, and configured in differential measurement mode for impedimetric measurement of size and velocity. To obtain the size of the droplets, detailed 3D finite element simulations of the system were performed. The interaction of the non-uniform electric field and the droplet was investigated. The electrode geometry optimization steps were described and design guideline rules were laid out. Size of the electrodes was optimized based on the simulations for droplet lengths ranging from 300 to 1500 µm. A user-friendly software was developed for real-time observation of droplet length and velocity together with in-situ statistical analysis results. A detailed comparison between impedimetric and optical measurement tools is given. Finally, to illustrate the benefit of having real-time analysis, iDM was used for experimental studies. First study case is the response time of the syringe pump and pressure pump driven droplet generation devices. This analysis allows one to evaluate the 'warm-up' time for a droplet generator system after which droplets reach the desired stead-state size required by the assay of interest. Second, an evaluation chip was designed to investigate effective factors and their interplay with droplet length variation. A comprehensive design of experiment (DoE) method is utilized. Analyzing the obtained results, revealed effect of each factor and their interactions. Exploiting results of this study contributes to monodisperse microfluidic droplet generation. Monodisperse polymeric particles of polyethylene glycol were synthesized to demonstrate the potentials of monodisperse droplet generation in biochemical synthesis/analysis. 110 |
