Mikroakışkan sistemlerde piezoelektrik fononik kristal kullanarak mikroparçacık örüntüleme
Microparticle patterning in microfluidic systems via piezoelectric phononic crystals
- Tez No: 958988
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FURKAN KURUOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Katıhal Fiziği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Mikroakışkan sistemler, mikron veya mikron altı boyutlardaki akışkanları veya parçacıkları kontrol etmek için kullanılmaktadır. Bu sistemler, birçok farklı uygulama alanına sahiptir ve biyolojik araştırmalardan endüstriyel süreçlere kadar geniş bir yelpazede kullanılmaktadır. Hücre manipülasyonu, hücre hizalama ve hücre izolasyonu gibi uygulamalar, mikroakışkan sistemlerin en yaygın kullanıldığı alanlardır. Bu sistemler, biyolojik hücreleri tek tek manipüle etmek ve hücrelerin belirli bir düzene yerleştirilmesini sağlamak için kullanılabilir. Ayrıca, mikroakışkan sistemler, parçacıkların belirli bir boyutlarına göre ayrıştırılması veya bir araya getirilmesi için de kullanılabilir. Bu uygulama alanları, biyoteknoloji ve tıbbi araştırmalar için oldukça önemlidir. Akustoakışkan sistemler, mikroakışkan sistemlerde yaygın olarak kullanılan bir hücre manipülasyon yöntemidir. Bu sistemlerde, piezoelektrik alttaş üzerinde üretilen yüzey akustik dalga (YAD), biyolojik parçacıkların hareketini kontrol etmek için kullanılır. YAD, temassız bir şekilde çalışır ve YAD esaslı sistemler biyo-uyumlu olması nedeniyle biyolojik örnekler üzerinde etiketleme gerektirmez. Bu tez çalışmasında, akustoakışkan sistemlerin geliştirilmesine yönelik potansiyel bir yaklaşım olarak piezoelektrik fononik kristallerin (PFK) kullanımı ele alınmıştır. İçiçe geçmiş taraklı transdüserler (Interdigital Transducers, IDT) ve PFK yapılarının geometrik parametrelerine bağlı olarak, YAD'ların belirli frekans aralıklarında yayılımı engellenmektedir. Bu durum, mikrokanal içerisinde oluşan akustik basınç alanını doğrudan etkilemekte ve mikroparçacıkların akustik ışıma kuvvetiyle kanal içindeki dağılımlarını değiştirmektedir. Söz konusu akustik etkileşimler, Sonlu Elemanlar Yöntemi'ne (Finite Element Method, FEM) dayalı sayısal simülasyonlarla analiz edilmiştir. Fotolitografi, odaklanmış iyon demeti (Focused Ion Beam, FIB) ile litografi, elektron demeti litografi (EBL) ve soft litografi gibi farklı şekillendirme yöntemleri kullanılarak IDT, PFK ve mikrokanal fabrikasyonu gerçekleştirilerek mikroakışkan aygıt üretilmiştir. IDT ve PFK çiftlerine ait geçirim spektrumlarıyla YAD karakterize edilirken, optik görüntüleme teknikleri ile aygıtın parçacık örüntüleme becerisi belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Microfluidic systems are used to control fluids or particles at micron or submicron scales. These systems have a wide range of applications, from biological research to industrial processes. Among the most common applications of microfluidic systems are cell manipulation, cell alignment, and cell isolation. These systems can be employed to manipulate individual cells and to arrange them in specific patterns. Furthermore, microfluidic systems can be used for size-based separation or aggregation of particles, which is highly significant for biotechnology and medical research. Acoustofluidic systems are a widely used cell manipulation method in microfluidic applications. In such systems, Surface AcousticWaves (SAWs) generated on piezoelectric substrates are used to control the motion of biological particles. SAWs operate in a non-contact manner and do not require labeling due to their biocompatibility, making them suitable for handling biological samples. In this thesis study, the use of piezoelectric phononic crystals (PPnCs) is explored as a potential approach for enhancing acoustofluidic systems. Based on the geometric parameters of interdigitated transducers (IDTs) and PPnC structures, the propagation of surface acoustic waves is inhibited within certain frequency ranges. This directly affects the acoustic pressure field generated within the microchannel and consequently alters the spatial distribution of microparticles through acoustic radiation forces. These acoustic interactions were analyzed through numerical simulations based on the Finite Element Method (FEM). A microfluidic device was fabricated by employing various patterning techniques including photolithography, focused ion beam (FIB) lithography, electron beam lithography (EBL), and soft lithography for the construction of IDTs, PPnCs, and the microchannel. The transmission spectra of the IDT–PPnC pairs were used to characterize SAW behavior, while optical imaging techniques were employed to evaluate the particle patterning performance of the device.
Benzer Tezler
- Mikroakışkan sistemlerinde yüzey akustik dalgaları ile bessel demeti üretimi ve karakterizasyonu
Bessel beam generation and characterization by surface acoustic waves in microfluidic systems
YEŞİM YALÇIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE EROL
DOÇ. DR. AHMET ÇİÇEK
- 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
- Investigation of electro-mechanical factors effecting micro-pump characteristics for biomedical applications
Biyomedikal uygulamalarda kullanılan mikropompaların karakteristiğini etkileyen elektro-mekanik faktörlerin incelenmesi
HAMİD ASADİ DERESHGİ
Doktora
İngilizce
2019
Mekatronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ZAHİD YILDIZ
- Design and simulation of magnetically actuated tunable optofluidic lenses
Manyetik olarak kontrol edilebilen uyarlanabilir optik-akışkan lens tasarımları ve benzetimleri
AHMET SUNA
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET CAN ERTEN
- High-throughput production of drug-loaded microparticles using a microfabricated nozzle array
Mikrofabrikasyonlu nozul dizisi kullanilarak ilaç yüklü mikropartiküllerin yüksek kapasiteli üretimi
SÜLEYMAN ÇELİK
Doktora
İngilizce
2025
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULHALİM KILIÇ