Geri Dön

Microfluidic Integration of Radiation Detectors for On-Chip Spectroscopy in Liquid Isotope Identification for Nuclear Applications

Nükleer Uygulamalar için Sıvı İzotop Tanımlamasında Çip Üzerinde Spektroskopi için Radyasyon Dedektörlerinin Mikroakışkan Entegrasyonu

  1. Tez No: 969639
  2. Yazar: EZGİ ŞANLI
  3. Danışmanlar: DR. SAMADHAN BHAULAL PATİL, DR. CHRISTIAN AAEN DIGET, DR. MARK ANDREW POST
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: The Unıversıty Of York
  10. Enstitü: Yurtdışı Enstitü
  11. Ana Bilim Dalı: Nükleer Enerji Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Hedefe Yönelik Alfa Tedavisi (TAT), özellikle ²²⁵Ac ile, nükleer tıp alanında önemli bir potansiyel göstermektedir. Bununla birlikte, alfa kaynaklarının sıvı fazda analizi, örnek ortamının korozif yapısı, parçacık menzilinin sınırlı olması ve dedektör entegrasyonu ile kimyasal dayanımındaki güçlükler nedeniyle zorluğunu korumaktadır. Ayrıca ²²⁵Ac'in nihai kullanıcıya ulaştırılmadan önce, tercihen bakım noktasına yakın bir yerde, nicel analizine ihtiyaç vardır. Bu tez, bu zorlukları ele almak amacıyla, sıvı radyoizotopların çip-üstü alfa spektroskopisi için silikon dedektörlerle entegre taşınabilir ve kullanıcı dostu mikroakışkan sistemlerin geliştirilmesini sunar. İki tip mikroakışkan sistem geliştirilmiştir: yüksek kimyasal dayanım için PTFE tabanlı cihazlar ve geliştirilmiş sızdırmazlık ile kolay üretim için PDMS tabanlı hibrit cihazlar. Her iki sistem de, farklı kanal derinlikleri ve dedektör pasivasyon koşulları altında sıvı fazda ²⁴¹Am, ⁹⁰Sr ve ²²⁵Ac (²²⁷Ac karışımları dâhil) ile test edilmiştir. PTFE kaplamaları ve kanal geometrisinden kaynaklanan spektral kaymalar analiz edilmiş ve cihazların hava ve vakum koşullarındaki performansları karşılaştırılmıştır. Spektroskopik veriler, PDMS tabanlı cihazların sıvıyı sınırlamada daha etkili olduğunu ve daha net enerji ayırımı sağladığını göstermiştir. GEANT4 tabanlı Monte Carlo ve SRIM simülasyonları, enerji kayıpları ve durdurma gücünü modelleyerek deneysel sonuçları desteklemiştir. Ayrıca, ²²⁵Ac kız izotoplarının (²¹³Po, ²¹⁷At, ²²¹Fr) aktivite profillerini çıkarmak için spektral kenar yüksekliklerinin nicel analizi yapılmış ve yükseklik ile durdurma gücü arasındaki ters ilişki doğrulanmıştır. Dekontaminasyon verimlilik testleri, PDMS sistemlerinin üstün yıkanabilirliğini teyit etmiştir. Bu çalışma, sıvı radyoizotop analizine yönelik kompakt, kimyasal olarak sağlam ve spektroskopik açıdan yetkin taşınabilir bir platform göstererek nükleer enstrümantasyona katkıda bulunmaktadır. Sistem, özellikle gerçek zamanlı izleme ve kontaminasyon kontrolünün gerekli olduğu radyokimyasal üretim süreçlerine entegre edilebilecek miniaturize kalite kontrol iş akışları için güçlü bir potansiyel sunmaktadır. Nükleer tıp dışındaki alanlarda da, radyoizotop ayrımı, izotop üretimi izlemesi, çevresel radyokimyasal analiz ve nükleer tesis sökümü gibi—sert kimyasal koşullar ile doğru spektral verilerin gerekli olduğu—uygulamalara uyarlanabilir.Is this conversation helpful so far?

Özet (Çeviri)

Targeted Alpha Therapy (TAT), particularly with ²²⁵Ac, shows considerable potential in the field of nuclear medicine. However, liquid phase analysis of alpha sources remains challenging due to the corrosive nature of the sample environment, limited particle range and difficulties in detector integration and chemical resistance. There is also a need for quantitative analysis of ²²⁵Ac prior to its delivery to the end user, preferably near the point of care. This thesis presents the development of portable and user-friendly microfluidic systems integrated with silicon detectors for on-chip alpha spectroscopy of liquid radionuclides, aiming to address these challenges. Two types of microfluidic systems have been developed: PTFE-based devices for high chemical resistance and PDMS-based hybrid devices for improved sealing and ease of fabrication. Both systems were tested with ²⁴¹Am, ⁹⁰Sr, and ²²⁵Ac (including ²²⁷Ac mixtures) in liquid under different channel depths and detector passivation conditions. Spectral shifts due to PTFE coatings and channel geometry were analysed and the performance of the devices in air and vacuum was compared. Spectroscopic data showed that PDMS-based devices were more effective at confining fluid and provided clearer energy discrimination. GEANT4-based Monte Carlo and SRIM simulations supported the experimental results by modelling energy losses and stopping power. Furthermore, quantitative analysis of spectral edge heights was performed to extract activity profiles of ²²⁵Ac daughter isotopes (²¹³Po, ²¹⁷At, ²²¹Fr), validating the inverse correlation between height and stopping power. Decontamination efficiency tests confirmed the superior flushability of PDMS systems. This research contributes to nuclear instrumentation by demonstrating a compact, chemically robust and spectroscopically capable portable platform for liquid radioisotope analysis. The system shows strong potential for integration into miniaturised quality control workflows, particularly within radiochemical production where real-time monitoring and contamination control is required. Beyond nuclear medicine, it can be adapted for radionuclide separation, isotope production monitoring, environmental radiochemical analysis, and nuclear decommissioning where harsh chemical conditions and accurate spectral data are essential.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    930598

    Metamaterials and their applications in biomedical engineering

    Metamalzemeler ve biyomedikal mühendisliginde üygülamaları

    MORTEZA TEYMOORI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ARDA DENİZ YALÇINKAYA

  2. Tez No

    496482

    Integration of microfluidic chip with a microcontrol system for stabilization of the temperature for diagnosis of tuberculosis by loop mediated isothermal amplification

    LAMP yöntemiyle tüberküloz teşhisinde kullanılmak üzere üretilen mikroakışkan çipin sıcaklık kontrolü için mikrokontrol devresiyle entegrasyonu

    ZEYNEP BURCU ÇAVDAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Biyoteknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. LEVENT TRABZON

  3. Tez No

    892324

    Integration of liquid crystals into microfluidic sensors

    Sıvı kristallerin mikroakışkan sensörlere entegrasyonu

    AYŞE NURCAN ÖZŞAHİN IŞILAK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. EMRE BÜKÜŞOĞLU

  4. Tez No

    826681

    System-level integration and packaging of nanosensor embedded microfluidics with electrical readout

    Nanosensör gömülü mikroakışkanların elektriksel okuma ile sistem düzeyinde entegrasyonu ve paketlenmesi

    OĞUZ MUSTAFA ALBAYRAK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MURAT KAYA YAPICI

  5. Tez No

    630291

    Design and simulation of a microfluidic biochip for optic detection with derivatized microbeads and the biochemistry of learning

    Türevlendirilmiş mikro küreler ile optik biyosensörü ve öğrenme biyokimyası için mikroakışkan biyoçipin tasarımı ve sımülasyonu

    TUĞÇE TÜYSÜZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Biyomühendislikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR ALPTÜRK

    DOÇ. DR. YILDIZ ULUDAĞ

Geri Dön