شبیه‌سازی عددی جداسازی سلول‌های سرطانی از گلبول‌های سفید با استفاده از امواج صوتی سطحی متمرکز

ریزسیالی با هدف دستیابی به سیستم‌های کوچک و کارآمد، برای کاربردهای جداسازی و دست‌ورزی استفاده می‌شود. در میان انواع روش‌های جداسازی فعال و غیرفعال، جداسازی با امواج فراصوت، با توجه به ویژگی‌های بازدهی، خلوص و زیست سازگاری بالا، برای جداسازی و دست‌ورزی ذرات و سلول‌ها مورد توجه می‌باشد. تراشه‌های صوتی با الکترود‌های استاندارد زاویه‌دار، با اثرگذاری متناوب بر روی ذرات، نقش موثری در افزایش فاصله‌ی جدایش و همچنین افزایش بازده و خلوص جداسازی ذرات ایفا می‌کند. در ریزسیالی از الکترودهای متمرکز، با تولید موج فشاری قوی‌تر و متمرکزتر، در دست‌ورزی تک ذره و عموما به صورت موج رونده، مورد استفاده قرار می‌گیرد. در پژوهش حاضر، شبیه‌سازی سه بعدی انتشار موج صوتی سطحی با الکترودهای متمرکز، همچنین به صورت زاویه‌دار با جهت جریان، انجام شده است. در مقایسه‌ی طرح تراشه صوتی با الکترودهای متمرکز، با تراشه صوتی استاندارد، در جداسازی سلول‌های سرطانی از سلول‌های سفید خون در دبی 11ml/min، در تراشه پیشنهادی 12 درصد فاصله‌ی جدایش سلول‌های 12 و 15 میکرومتری بهبود یافته است؛ که این افزایش فاصله بین سلول‌های هدف، در بهبود خلوص جداسازی و امکان‌پذیری افرایش دبی، می‌تواند نقش موثری ایفا نماید. در تراشه صوتی با الکترودهای متمرکز، برخلاف افزایش فاصله‌ی جدایش سلول‌ها، با کاهش ولتاژ طراحیِ مطلوب، نیروی صوتی وارد بر ذرات تا 20 درصد کاهش می‌یابد و این امر می‌تواند در افزایش زنده‌مانی سلول‌ها موثر باشد.

numerical simulation of separation of cancer cells from white blood cells using focused surface acoustic waves

microfluidic is used for separating and manipulating applications, with the aim of achieving small and efficient systems. among active and passive separation methods, the acoustic separation method is considered for isolating and manipulating particles and cells due to its high efficiency, purity, and biocompatibility characteristics. acoustic chips with standard tilted-angle electrodes play an influential role in increasing the separation distance as well as increasing the efficiency and purity of particle separation by alternately acting on the particles. in microfluidics, focused electrodes are used for single-particle manipulation and detection by producing a more potent and more concentrated pressure wave, generally in the form of a traveling wave. the present study has done a three-dimensional simulation of a tilted-angle surface acoustic wave with focused electrodes. increasing the distance between the final positions of target cells can play a critical role in improving the separation purity and the possibility of increasing the flow rate; so as to this fact, in the 11 ul/min flow rate the separation distance of 12 and 15-micrometer cells that represent wbc and ctc respectively, has improved 12% by taking advantage of focused tilted-angle acoustic chip compared with the standard tilted-angle acoustic one. despite increases in the distance between the cells, in the focused acoustic chip, the acoustic radiation force acting on the particles has been reduced up to 20% by reducing the optimal design voltage, which can be effective in increasing cells viability.