Modeling and simulation of PDMS micropillars for microfluidic viscometer applications
Mikroakışkan viskozimetre uygulamaları için PDMS mikropillar modellenmesi ve simülasyonu
- Tez No: 520783
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZLEM YALÇIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 93
Özet
Son yıllarda, mikroakışkan sistemler, birçok alanda yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Kullanı-mı kolay olan mikroakışkan uygulamalardan biri olan mikro-çubuk bazlı diziler gelişen teknolojiyle birlikte önem kazanmıştır. Geri dönüşümlü kuru yapıştırıcılar, süpereofobik yüzey, ayarlanabilir ıslak-lık, mikromekanik sensörler ve aktüatörler mikro-çubuk bazlı dizilerin kullanıldığı uygulama örnekle-ridir. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) simülasyonları, mikroakışkan cihazların tasarım ve optimi-zasyon aşamalarında oldukça faydalıdır. Mikroakışkan tabalı cihazlardaki akış profilleri, cihaz geomet-rilerinin geliştirilmesinde kullanılan parametrelerinin optimizasyonu ve ilk prototip tasarım çalışmala-rında gerekli olan maliyeti ve iş yükünü azaltmayı hedefler. Bu çalışmada, mikro-çubuk şekilleri olan kanalların kullanımında, farklı mikro-çubuk şekilleri ve mik-ro-çubukların birbirine olan uzaklıkları inceleyen bir dizi vaka çalışması yaparak mikro-çubuk tabanlı mikroakışkan kanallar yoluyla akış profilleri ve mikro-çubukların akış esnasındaki davranışını araştır-dık. Yapılan vaka çalışmalarının doğruluğunu test etmek amacıyla standart fotolitografi yöntemiyle üretilen çift katmanlı SU-8 mastır kalıplar kullanılarak PDMS kare ve silindirik mikro-çubuk yapılar üretilmiş ve gerekli deneyler yapılmıştır. Deneylerde, mikro-çubuk tabanlı mikroakışkan çipler kullanı-larak, 30 ila 150 ml / saat arasında akış hızlarında kan, lcP ve5 cP viskoziteli sıvılar ile akış sağlanarak, hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile aynı koşullar yaratılmaya çalışılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, belirli akış hızları ve belirli viskoziteye sahip sıvılar için mikro-çubuk davranışlarını ve kanallar içeri-sindeki akış profillerini daha doğru ve kısa süre içerisinde tespit edebilmekteyiz. Aynı zamanda, farklı mikro-çubuk şekilleri ve mikro-çubukların birbirine olan uzaklıklarının değişimi ile kanal içerisinde oluşan basınç, duvar kesme gerilimi, gerilme hızları ve her bir mikro-çubuğa uygulanan kuvvetin, ar-tan akış hızları ile lineer olarak değiştiğini gözlemledik. Bu tezin temel katkısı, mikro-çubuk bazlı mikroakışkan çiplerin geliştirilmesi için üretim sürecinde harcanan sürenin, maliyetin ve çabanın azaltılması yönündedir. Genel olarak bu çalışma, viskozimetre uygulamaları için kullanılabilecek optimum mikro-çubuk tabanlı cihazların geliştirilebilmesi için yapı-lan bir dizi vaka çalışmasının sonuçlarını sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Microfluidics technology has started to be used in a tremendous diversity of applications in various research areas. In the recent years, as one of the user-friendly microfluidic application, micropillar arrays have become very important. Reversible dry adhesives, superoleophobic surface, tunable wet-ting, micromechanical sensors, and actuators are examples of technological applications where micro-pillar arrays have been used. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations are remarkably helpful at design and optimization steps of microfluidic devices. They provide an understanding of the behavior of the fluid and the ini-tial design studies for the optimization of parameters for geometry and methods, hence, reducing the cost, and workload for the microfluidic chip development. In the present study, we investigate fluid flow characteristics and the micropillar behavior through micropillar based microfluidic channels via conducting a set of case studies that include the change in micropillar shapes, and numbers, and the inter-pillar spacing. As the verification of the simulations, we have produced the PDMS square and cylindrical micropillars using double layer SU-8 master molds fabricated by using standard photolithography method and proceeded with a set of experiments. Experiments were performed with micropillar based microfluidic channels over a range of flow rates from 30 to 150 ml/hr for 1cP, 5 cP viscosity fluids, and blood as the same with the computational fluid dynamics conditions. According to the results, we could predict the micropillar behaviors and the flow profiles under a specific flow rate and for certain viscosity of fluids. We also observed that pres-sure, wall shear stress, strain rate inside the microfluidic channel, and the force applied to micropillars varies linearly with increasing flow rates for different micropillar shapes and inter-pillar spacing. The main contribution of this thesis is reducing the time spent, cost and effort in the fabrication pro-cess for the development of a micropillars based microfluidic chips. Overall this work demonstrates the simulated and fabricated micropillar based channels with a variety of parameters applied, for fin-ding the optimum micropillar based devices that can be used for viscometer applications.
Benzer Tezler
- Reduced hardware complexity for viscosity measurements by optical knife-edge detection on micropillar-based microfluidic chips
Mikrosütun tabanlı mikroakışkan çipler üzerindeki optik bıçak kenarı tespiti ile viskozite ölçümleri için azaltılmış donanım karmaşıklığı
EZGİ ŞENTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET CAN ERTEN
DOÇ. DR. ONUR FERHANOĞLU
- Young's modulus characterization of polydimethylsiloxane (PDMS) microfluidic chips for viscosity measurements
Viskozite ölçümleri için tasarlanmış polidimetilsiloksan (PDMS) mikroakışkan çiplerinin young modülü karakterizasyonu
CEYDA KÖKSAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET CAN ERTEN
DOÇ. ONUR FERHANOĞLU
- İn vitro çalışmalarda fotoakustik görüntüleme tekniği kullanarak diyabetes mellitus'un erken tanısı üzerine simülasyon çalışması
Simulation study on early diagnosis of diabetes mellitus using photoacoustic imaging for in vitro studies
HAJER AL-JEBURY
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
BiyofizikKastamonu ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HAYRİYE ALTURAL ÖZKAN
- Design and fabrication of magnetically actuated cell sorter
Manyetik olarak kontrol edilebilen hücre siniflandirici tasarimi ve üretimi
MERVE GÜLLE
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET CAN ERTEN
- MEMS sensor platform for vital monitoring under mri and intraocular pressure measurement
Yaşamsal işaretlerin ve göz içi basıncın ölçülmesine yönelik MEMS basınç ölçer platformunun geliştirilmesi
PARVIZ ZOLFAGHARI
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ONUR FERHANOĞLU