پروپوزال ارشد برق الکترونیک با موضوع : طراحی و شبیه سازی یک ریز مخلوط‌ گر (micromixer) برای استفاده در کاربردهای Lab on Chip

 

کلمات کلیدی: سیستم های میکروالکترومکانیکی، مخلوط گر، مخلوط شدن، آزمایشگاه بروی تراشه

چکیده پروپوزال

ریزمخلوط‌گرها یکی از قسمت‌های بسیار اساسی در ریز تراشه های lab-on-chip می باشد. این نوع تراشه دارای قسمت های بسیار متنوع و مختلف است که از مهمترین آنها ریزکانال‌هایی برای جداسازی، اختلاط، شمارش، تمییز و ... انواع سلولهای زیستی، سرطانی و یا هر نمونه ی شیمیایی دیگر می‌باشد.

ریز مخلوط‌گرها از جایگاه ویژه ای در تراشه Lab on chip برخوردارند زیرا در واقع مرحله ی آماده سازی و آغازین برای تمامی مراحل بعدی به عهده‌ی این قسمت می‌باشد و اعتبار، دقت و حساسیت خروجی کاملاً به عملکرد این قسمت از تراشه باز می‌گردد. به عنوان مثال برای شمارش سلول‌های زیستی، ابتدا محلول بایستی کاملا مخلوط، رقیق و یکنواخت شود و سپس عمل شمارش با تکنیک‌های مختلف انجام گیرد.

در این تحقیق سعی بر آن می‌شود که بر روی مخلوط‌گر ریزسیال (Microfluidic Mixer) به صورت گسترده بررسی‌های لازم انجام شده و طرح‌های متنوع و تازه‌ای برای بهبود آن پیشنهاد گردد. تکنیک‌های مختلفی برای این منظور مورد استفاده قرار خواهد گرفت. آرایش الکترودها، هندسه‌ی ریزمخلوط‌گر، پهنای کانال مخلوط کننده، فرکانس و ولتاژ الکترودهای اعمالی، نوع ولتاژ اعمالی و ... از درجه آزادی های طراحی و بهینه سازی مخلوط‌گر می‌باشند.

بیان مساله پروپوزال :

میکرومیکسرها از اجزای بسیار حیاتی و مهم ریزتراشه های بازخوانی و اندازه گیری نمونه های بیولوژیکی می باشند. مهمترین کاربرد این المان در قسمت ریز سیالات تراشه ، آماده سازی نمونه های بیولوژیکی یا هر نمونه‌ی شیمیایی برای جداسازی، تمییز، تشخیص، نمونه برداری، شمارش و ... می‌باشد. هرچه این ناحیه، سریعتر عمل میکسینگ را انجام دهد، نتایج سریعتر و در فضای کمتری از تراشه، به دست می آید. بنابراین تسریع هرچه بیشتر این عمل همواره از نکات مهم در طراحی این تراشه می‌باشد.

میکرومیکسرها در حالت کلی به دو نوع پسیو و اکتیو تقسیم می‌شوند.

  • نوع پسیو: که هیچ نیروی خارجی برای عمل میکسینگ اعمال نمی‌شود و فقط پدیده‌ی نفوذ باعث اختلاط می‌شود.
  • نوع اکتیو: که با اعمال انواع نیروها از بیرون ریز کانال، این عمل سرعت بخشیده می‌شود.

در این تحقیق سعی می شود با بهبود تکنیک‌های مختلف که در بالا بیان شد، این عمل تسریع یافته و به مقدار بهینه برسد. در این مطالعه توجه غالب به پدیده‌ی electroosmotic می‌باشد که با جاگذاری الکترودها در محل مناسبی می‌توان کارایی سیستم را به شکل محسوسی افزایش داد. البته از معایب میکسرهای اکتیو، پیچیدگی ساخت آنها می‌باشد که اکنون نیز یک چالش برای انتخاب نوع میکسر می باشد.

البته در بحث کارایی و تسریع عمل میکسینگ، نوع اکتیو کاملا شاخص‌تر و بهتر از نوع پسیو می‌باشد. در این تحقیق امکان سنجی استفاده همزمان از الکترودها هم برای مخلوط کردن و هم پمپینگ نیز  بررسی می‌شود.

سوالات تحقیق پروپوزال :

  1. راندمان اختلاط را تا چه حد می‌توان افزایش داد؟
  2. زمان اختلاط را چه قدر می‌توان بهبود داد؟
  3. زمان اختلاط تابع چه پارامترهایی می باشد؟
  4.  چگونه می‌توان طول مسیر اختلاط را کاهش داد؟

سوالات تحقیق پروپوزال :

  1. پارامترهای ترموفیزیکال سیال (چگالی، ضریب نفوذ مایع و . . .) ثابت در نظر گرفته می‌شود.
  2. مایع کاملا لمینار فرض می‌شود.
  3. پتانسیل زیتا ثابت فرض می‌شود.

بررسی منابع:

برای نخستین بار در سال 1990 گروهی از دانشمندان به طور مجزا به تدوین و تکمیل کلی اهداف و مفاهیم lab-on-chip پرداختند. سپس به دلیل گستردگی کارایی بسیار فراوان میکرومیکسرها درون این تراشه ها، کار روی این موضوع بشدت افزایش یافت و انواع روش‌های مکانیکی، الکتریکی، مغناطیسی و ... برای افزایش کارایی میکسرها پیشنهاد داده شد.

در این بخش انواع روش‌های اختلاط در ابعاد کوچک به صورت مختصر بیان شده و پیشینه های تحقیق و مثال‌های متعدد معرفی می‌شود. در ریزسیالات به خاطر خاصیت لایه­ای بودن سیال و عدد رینولد کوچک، عمل مخلوط شدن معمولاً فقط مبتنی بر پدیده‌ی دیفیوژن است که یک پروسه‌ی بسیار کند و زمانبر می‌باشد. از این رو ریزمخلوط­گرها برای افزایش کارایی و کاهش زمان اختلاط، معرفی شده و مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در حالت کلی ریزمخلوط­ گر را می‌توان به دو گروه اکتیو و پسیو دسته بندی کرد. در نوع پسیو یا غیرفعال هیچگونه جزء متحرک یا اعمال نیرو از خارج به سیستم وجود

ندارد و عمل اختلاط فقط مبتنی بر سرعت سیال و نوع، هندسه و پیکربندی ساختار (برای افزایش سطح تماس دو سیال و افزایش فاکتور دیفیوژن) می‌باشد. در نوع اکتیو یا فعال، تزریق و اعمال انرژی (مکانیکی، الکتریکی، مغناطیسی و ...) از بیرون برای افزایش کارایی اختلاط مورد استفاده قرار می‌گیرد که ممکن است ساختارمان دارای قسمت‌های متحرک نیز باشد[1].

یکی از روش‌های افزایش کارایی در ریزمخلوط­ گر غیرفعال افزایش طول مسیر اختلاط و سطح تماس دو سیال می‌باشد. از ساده‌ترین طرح‌ها، استفاده از ریزمخلوط‌گر های T و Y شکل برای در کنار هم قرار دادن دو سیال در یک مسیر طولانی می‌باشد. اما با تکنیک‌های ساده ای می‌توان تعداد سطح تماس دو سیال در یک کانال را افزایش داد. . چند نمونه از این ریزمخلوط‌گرها در شکل (1) نشان داده شده است [2 و 3].

 

پروپوزال ارشد برق الکترونیک  طراحی و شبیه سازی یک ریز مخلوط‌گر (micromixer) برای استفاده در کاربردهای Lab on Chip، انجام پایان نامه، انجام پایان نامه ارشد، انجام پایان نامه کارشناسی ارشد، انجام رساله دکتری، انجام پایان نامه دکتری

شکل (1)  ریزمخلوط‌گر لایه ای موازی: الف) ریزمخلوط‌گر T شکل،  ب) ریزمخلوط‌گر Y شکل،  ج) ریزمخلوط‌گر مبتنی بر ایجاد تمرکز و باریک‌سازی آن در کانال

در ساختاری دیگر با ایجاد انشعاب و بازترکیب مجدد مسیر سیالات، بازدهی ریزمخلوط‌گر را افزایش می‌دهند. به عنوان مثال ابتدا دو سیال به صورت افقی در کنار هم قرار گرفته و سپس منشعب شده و به صورت عمودی در کنار هم قرار می‌گیرند [2 و 3]. البته شایان ذکر است این نوع ریزمخلوط‌گر دارای پیچیدگی ساخت می­باشد، شکل (2).

پروپوزال ارشد برق الکترونیک  طراحی و شبیه سازی یک ریز مخلوط‌گر (micromixer) برای استفاده در کاربردهای Lab on Chip، انجام پایان نامه، انجام پایان نامه ارشد، انجام پایان نامه کارشناسی ارشد، انجام رساله دکتری، انجام پایان نامه دکتری

در ریزمخلوط­گر مبتنی بر نوع تزریق مایع و قطره ای به جای انشعاب سیالات ورودی به وسیله‌ی ساختارها و هندسه های مختلف، هر کدام از سیالات ورودی به دلیل تزریق متناوبشان، به صورت موجی شکل در کنار هم به حرکت درآمده و باعث افزایش سطح تماس دو سیال می‌شود. در واقع اعمال متناوب سیالات باعث افزایش سطح تماس دو سیال در داخل کانال اختلاط می‌شود. شکل (3) چند نمونه از این ریزمخلوط‌گر را به خوبی نشان می‌دهد.

 

پروپوزال ارشد برق الکترونیک  طراحی و شبیه سازی یک ریز مخلوط‌گر (micromixer) برای استفاده در کاربردهای Lab on Chip

 

ریزمخلوط‌گر نوع قطره ای نیز عملکرد مشابهی دارد، با این تفاوت که در این نوع ریزمخلوط‌گر، نوع اعمال سیالات به گونه ای می‌باشد که سیالات ورودی را به تعداد زیادی قطعه یا قطرات مجزا تبدیل کرده و موجب افزایش سطح تماس دو سیال و کارایی ریزمخلوط‌گر می‌شود [4 و 5]. در واقع دو سیال به صورت قطره قطره کنار هم قرار گرفته و حرکت می‌کنند.

علاوه بر دیفیوژن، فرارفت یکی دیگر از مکانیسم های انتقال در سیالات می‌باشد. مخصوصاً برای جریان‌هایی با عدد رینولد پایین. در اکثر ریزمخلوط‌گرهای پسیو ساده، فرارفت، موازی با جهت اصلی جریان می‌باشد و برای ریزمخلوط­گر موثر نمی‌باشد. ایجاد فرارفت در جهت‌های مختلف که فرارفت آشفته نامیده می‌شود، می‌تواند کارایی ریزمخلوط‌گر را بخوبی افزایش دهد.

با استفاده از طراحی هندسه های مختلف در کانال ریزمخلوط­ گر، می‌توان از این پدیده بهره جست. ریزمخلوط­گر های مبتنی بر ایجاد آشفتگی به دلیل کارایی بالا در اعداد رینولد کوچک از محبوبیت زیادی برخوردارند و تحقیقات گسترده ای روی این نوع ریزمخلوط‌گر ها انجام پذیرفته است. در شکل (4) چند ساختار رایج از این ریزمخلوط­گر ارائه شده است.

 

پروپوزال ارشد برق الکترونیک  طراحی و شبیه سازی یک ریز مخلوط‌گر (micromixer) برای استفاده در کاربردهای Lab on Chip، انجام پایان نامه، انجام پایان نامه ارشد، انجام پایان نامه کارشناسی ارشد، انجام رساله دکتری، انجام پایان نامه دکتری

 

همانطور که قبلاً اشاره شد، ریزمخلوط­گر های پسیو فقط مبتنی بر دیفیوژن هستند که در حالت کلی دارای کارایی و سرعت پاسخ دهی نسبتاً پایین بوده و در نتیجه نیازمند تراشه ای با ابعاد بزرگ هستند. با معرفی ریزمخلوط‌گر های اکتیو، راندمان و سرعت پاسخ دهی افزایش یافته و ابعادتراشه‌ی مورد استفاده می‌تواند کوچک‌تر شود. ولی از دیدگاهی دیگر پیچیدگی ساخت نسبتاً بالا و توان مصرفی و طراحی بهینه برای پارامترهای زیاد، چالش‌هایی را به همراه می‌آورد که در ادامه بیشتر توضیح داده خواهد شد.

یکی از اولین روش‌ها در ریزمخلوط­گرهای اکتیو ایجاد اغتشاش مبتنی بر فشار می‌باشد. در این حالت علاوه بر این که دو سیال به یک کانال وارد می‌شوند، در دیواره‌ی کانال اختلاط، واحدهای کوچک ورودی از همان نوع سیالات تعبیه شده که با اعمال سرعت پالسی و نوسانی به سیالات ورودی از این ریزکانال‌ها، باعث ایجاد اغتشاش در کانال اصلی می‌شود. فرکانس ایجاد پالس، دامنه‌ی آن و تعداد ریزکانال‌های ورودی در دیواره‌ی کانال اصلی، تعیین کننده‌ی کارایی ریزمخلوط‌گر خواهد بود که در شکل (5-الف) این نوع ریزمخلوط‌گر نمایش داده شده است. همچنین در این نوع ریزمخلوط‌گر اغتشاش می‌تواند به صورت غیر مستقیم بوسیله ی قسمت‌های متحرک در داخل کانال ایجاد شود. به عنوان مثال همانطور که در شکل (5-ب)

 

پروپوزال ارشد برق الکترونیک  طراحی و شبیه سازی یک ریز مخلوط‌گر (micromixer) برای استفاده در کاربردهای Lab on Chip، انجام پایان نامه، انجام پایان نامه ارشد، انجام پایان نامه کارشناسی ارشد، انجام رساله دکتری، انجام پایان نامه دکتری

میبینیم، با جاگذاری ریز ذره ها در داخل کانال اصلی و تزریق متناوب نیروی بادی به سطوح قابل حرکت، سطوح منعطف به صورت محرک برای به حرکت در آوردن ریز ذره‌های درون کانال تبدیل شده و باعث اختلاط می‌گردد [1 و 6].

 

استفاده از امواج صوتی و فراصوتی نیز در ایجاد اغتشاش برای اختلاط، یکی از روش‌های استفاده شده در ریزمخلوط­ گرها می‌باشد. در این طرح، یک صفحه‌ی پیزوالکتریک در سطح پایینی یا بالایی چمبر اختلاط جاگذاری شده که با اعمال یک ولتاژ متناوب به این صفحه‌ی پیزوالکتریک باعث ایجاد امواج صوتی و ارتعاشات مکانیکی شده و موجب اختلاط سیالات درون چمبر میشود. این نوع ریزمخلوط­گر می‌تواند چالش‌هایی نیز به همراه داشته باشد زیرا استفاده از یک پیزوالکتریک برای ایجاد آشفتگی باعث افزایش دمای سیال نیز می‌شود که ممکن است برای سیالات بیولوژیکی مشکل ساز باشد. بنا بر یکی از تحقیقات، دمای سیال داخل چمبر به خاطر استفاده از ریزمخلوط‌گر مبتنی بر پیزوالکتریک، 15 درجه‌ی سانتیگراد افزایش یافته است [7]. همچنین پیچیدگی ساخت آن نیز بایستی در نظر گرفته شود. اندازه‌ی ولتاژ متناوب و فرکانس اعمالی به صفحه‌ی پیزو بر روی بازدهی و کارایی ریزمخلوط­گر تأثیرگذار می‌باشد که بایستی یک مقدار بهینه انتخاب شود [7 و 8]. در شکل (6) چند نمونه از پژوهش‌های انجام گرفته در این زمینه نمایش داده شده است.

 

پروپوزال ارشد برق الکترونیک  طراحی و شبیه سازی یک ریز مخلوط‌گر (micromixer) برای استفاده در کاربردهای Lab on Chip، انجام پایان نامه، انجام پایان نامه ارشد، انجام پایان نامه کارشناسی ارشد، انجام رساله دکتری، انجام پایان نامه دکتری

پدیده‌ی الکتروکینتیک می‌باشد، این قسمت با جزئیات و ارائه پیشینه‌ی کاری بیشتری توضیح داده می‌شود. در حالت کلی الکتروکینتیکس، علم مطالعه روی حرکت سیالات (الکترواسمتیک) یا ریزذرات داخل سیالات (الکتروفورسیس) تحت میدان الکتریکی می‌باشد. ماهیت حرکت سیال یا ذرات در الکتروکینتیکس مبتنی بر پدیده­ی دوگانه­ی الکتریکی است. این پدیده در سطح تماس جامد با مایع یا مایع با مایع (سطح تماس دو فاز مختلف از ماده) اتفاق می‌افتد که با اعمال میدان الکتریکی باعث حرکت سیال یا ریزذرات می‌شود. دولایه­ی الکتریکی یک لایه‌ی بسیار باریک از چگالی بار غیر صفر در سطح تماس دو فاز ماده می‌باشد.

در واقع پدیده‌ی الکترواسمتیک را می‌توان اینگونه تفسیر کرد، وقتی سیال درون یک کانال در حال حرکت است، در اثر حرکت و سایش سیال با دیواره‌ی کانال، پدیده‌ی دوگانه­ی الکتریکی بوجود می‌آید که باعث بازچینش و تجمع یون‌های غیر همنام در نزدیکی سطح تماس سیال با دیواره‌ی کانال می­شود که یون‌های موجود در این ناحیه غیرقابل حرکت و مقاوم می‌باشند و در نتیجه پتانسیل الکتریکی در این ناحیه غیر صفر شده و با اعمال میدان الکتریکی، سیال به حرکت درمی‌آید. نمای ساده ای از این پدیده در شکل (7) نشان داده شده است. یونها تا لایه‌ی استرن به شدت در قید یون‌های با بار مخالف خود در سطح دیواره‌ی کانال بوده و هیچ آزادی حرکت ندارند [9].

 

پروپوزال ارشد برق الکترونیک  طراحی و شبیه سازی یک ریز مخلوط‌گر (micromixer) برای استفاده در کاربردهای Lab on Chip، انجام پایان نامه، انجام پایان نامه ارشد، انجام پایان نامه کارشناسی ارشد، انجام رساله دکتری، انجام پایان نامه دکتری

شکل (1)  مفهوم دولایه‌ی الکتریکی در سطح تماس سیال با جامد (ریزکانال)

حال با این توصیف، با این مکانیسم هم می‌توان برای پمپ کردن و هم برای اختلاط سیالات استفاده کرد. اگر جهت میدان الکتریکی اعمالی به سیال موازی با جهت حرکت سیال باشد، سیال به حرکت درآمده و یا سرعتش افزایش پیدا می‌کند. حال اگر الکترودها در دیواره‌ها به گونه ای قرار بگیرند که جهت میدان الکتریکی اعمالی، عمود یا حداقل غیر موازی با جهت حرکت سیال باشد، میدان الکتریکی باعث ایجاد تلاطم و اغتشاش در سیال و در نتیجه اختلاط می‌شود. البته شایان ذکر است در حالتی که میدان الکتریکی اعمالی به صورت موازی با جهت حرکت سیال قرار دارد، اگر میدان الکتریکی به صورت متناوب یا سوئیچینگ اعمال شود، باعث اختلاط سیال نیز می‌شود [10].

یکی از مزیت‌های عمده‌ی ریزمخلوط­گرهای الکتروکینتیکی عدم وجود و نیاز به جزء متحرک برای ایجاد تلاطم در سیال می‌باشد که باعث شده از محبوبیت زیادی برخوردار باشد. البته ناگفته نماند این ریزمخلوط‌گر بیشتر برای سیالات با سرعت پایین مناسب و کارساز می‌باشد.

در یکی از تحقیقاتی که به صورت تئوری و تجربی انجام گرفته، دو مسیر از الکترود به شکل سینوسی در کنار هم در کف میکروکانال ایجاد شده که با ایجاد ولتاژ متناوب به آن باعث ایجاد تلاطم در سیال می‌شود. در این مطالعه ولتاژ اعمالی تا 20 ولت قله به قله افزایش یافته و برای بازه‌ی فرکانسی 1 الی 5 کیلوهرتز کارایی مخلوط‌گر اندازه گرفته شده است. پهنا و عمق ریزکانال به ترتیب 120 و 40 میکرومتر بوده و به روش اپتیکی (فلورسنت) بازدهی ریزمخلوط‌گر بازخوانی شده است. بیشترین کارایی در ولتاژ 20 ولت قله به قله و فرکانس 1 کیلوهرتز بوده که مقدار آن بر حسب درصد، 92% شده است [11]. در شکل (8) ساختار این ریزمخلوط‌گر نشان داده می‌شود.

 

پروپوزال ارشد برق الکترونیک  طراحی و شبیه سازی یک ریز مخلوط‌گر (micromixer) برای استفاده در کاربردهای Lab on Chip، انجام پایان نامه، انجام پایان نامه ارشد، انجام پایان نامه کارشناسی ارشد، انجام رساله دکتری، انجام پایان نامه دکتری

شکل (1) ریزمخلوط‌گر اکتیو مبتنی بر پدیده‌ی الکترواسمتیک

به دلیل سادگی پروسه‌ی ساخت برای ریزمخلوط­گرهایی که آرایش الکترودی آنها فقط در یک وجه ریز کانال قرار گرفته، تحقیق و مطالعه برای این نوع ریزمخلوط­گرها بسیار گسترده می‌باشد. به عنوان نمونه‌ی پژوهشی دیگر، 4 طرح مختلف از آرایش الکترودها

در یک وجه از ریزمخلوط‌گر، ارائه و ساخته شده است [12]. زمان اختلاط کامل در یکی از طرح‌ها 2 دقیقه و 86/0 ثانیه گزارش شده است. نوع چینش و هندسه‌ی الکترودها به گونه ای است که با اعمال ولتاژ ac دائماً نیرویی در جهت ساعتگرد و پاد ساعتگرد به سیال داخل ریزکانال وارد شده و باعث اختلاط می‌شود. ولتاژ قله به قله 20 ولت و فرکانس 2 کیلوهرتز به الکترودها اعمال شده و معیار اختلاط کامل، رسیدن به 90% از شاخص نهایی اختلاط می‌باشد. پهنای کانال 400 میکرومتر و عمق آن 100 میکرومتر در نظر گرفته شده است. شکل (9) شماتیک 4 طرح ارائه شده به همراه تراشه‌ی ساخته شده‌ی یکی از طرح‌ها را نشان می‌دهد.

 

پروپوزال ارشد برق الکترونیک  طراحی و شبیه سازی یک ریز مخلوط‌گر (micromixer) برای استفاده در کاربردهای Lab on Chip، انجام پایان نامه، انجام پایان نامه ارشد، انجام پایان نامه کارشناسی ارشد، انجام رساله دکتری، انجام پایان نامه دکتری

شکل (1)  4 نوع طرح ارائه شده برای آرایش الکترودها به همراه تراشه ی ساخته شده برای یکی از طرح ها.

در تحقیقات دیگری که بیشتر بر اساس شبیه سازی بوده و ساختارهایی دو بعدی پیشنهاد داده شده است، از جفت الکترودهایی در دو سمت کانال (دو دیواره‌ی کانال) برای افزایش کارایی استفاده شده است [13 و 14]. در یکی از این مطالعات، ناحیه‌ی اختلاط به صورت یک ناحیه‌ی مربعی شکل در نظر گرفته شده که دو جفت الکترود در دو دیواره‌ی آن جاگذاری شده و کارایی میکسر 95% در پارامتر بدون بعد زمان 100، گزارش شده است [13]. شکل (10) شماتیک این ریزمخلوط‌گر را در حال کار و سیال در حال اختلاط، به همراه منحنی شاخص اختلاط در پارامتر بدون بعد زمان نمایش می‌دهد.

 

پروپوزال ارشد برق الکترونیک  طراحی و شبیه سازی یک ریز مخلوط‌گر (micromixer) برای استفاده در کاربردهای Lab on Chip، انجام پایان نامه، انجام پایان نامه ارشد، انجام پایان نامه کارشناسی ارشد، انجام رساله دکتری، انجام پایان نامه دکتری

در یک پژوهش تجربی که آرایه‌ی الکترودی فقط در کف کانال قرار گرفته است، هدف اصلی بررسی تأثیر تعداد جفت الکترودها در بازدهی اختلاط بوده که نتایج نیز حاکی از تأثیر قابل ملاحظه‌ی تعداد جفت الکترودها بر کارایی ریزمخلوط‌گر می‌باشد [15]. همچنین حداکثر بازدهی در حالتی که فقط یک جفت الکترود داریم، در سیال ورودی با سرعت 9 میکرومتر بر دقیقه اتفاق می‌افتد در حالی که برای حالتی که 3 جفت الکترود داریم، در سرعت 4 میکرومتر بر دقیقه بدست می‌آید. پهنا و ارتفاع کانال اصلی به ترتیب 100 و 60 میکرومتر در نظر گرفته شده است. ولتاژ اعمالی به الکترودها در این تحقیق شامل یک جمله‌ی dc به همراه یک جمله‌ی ac می‌باشد که برای سیگنال مرجع یک سیگنال سینوسی 20 ولت قله به قله به همراه 2 ولت ولتاژ dc و فرکانس 100 کیلوهرتز اتخاذ شده است. سرعت سیال در کانال اختلاط 3 میکرولیتر بر دقیقه می‌باشد. در بررسی نتایج به عنوان مثال شاخص اختلاط زمانی که 3 جفت الکترود داریم 1/95 % در فرکانس اعمالی 10 کیلوهرتز و 1/76 % در فرکانس 1 مگاهرتز بوده است. ساختار ریزمخلوط‌گر به همراه نحوه‌ی انشعاب الکترودها در شکل (11) نشان داده شده است.

 

پروپوزال ارشد برق الکترونیک  طراحی و شبیه سازی یک ریز مخلوط‌گر (micromixer) برای استفاده در کاربردهای Lab on Chip، انجام پایان نامه، انجام پایان نامه ارشد، انجام پایان نامه کارشناسی ارشد، انجام رساله دکتری، انجام پایان نامه دکتری

روش تحقیق در پروپوزال:

استفاده از منابع موجود و مقالات کارآمد در این زمینه و طراحی و شبیه سازی با استفاده از نرم افزار مولتی فیزیک کامسول (COMSOL) که در صورت لزوم از محیط‌های کوپل شده و یا جداگانه در نرم افزار، هرکدام شبیه سازی می شود.

نتایج مورد انتظار در پروپوزال:

انتظار می رود که بتوانیم با استفاده از روش‌های طراحی و بهینه سازی به کارایی بالایی برسیم و با استفاده از تکنیک‌های بیان شده در قبل از جمله تغییر پهنای کانال، تغییر هندسه‌ی مخلوط‌گر، چیدمان مناسب الکترودها، اعمال ولتاژ و فرکانس مناسب بتوان زمان میکسینگ را کاهش داد و همینطور طول کانال مورد نیاز برای مخلوط شدن را بهینه کرد.

همچنین انتظار میرود با تغییر اندازه الکترودهای مثبت و منفی و استفاده ی همزمان از نوع اکتیو و پسیو به نتایج خوبی دست یافت.

معیار ارزیابی موفقیت تحقیق :

نتایج بدست آمده از طراحی و شبیه سازی بایستی نسبت به مطالعات قبلی انجام گرفته بهبود یافته و پارامترهای مطلوب استخراجی، بهبود عملکرد را به همراه داشته باشد. زمان مخلوط شدن بایستی به مقدار بهینه رسیده باشد و همچنین کارایی اختلاط قابل قبول برای داشتن راندمان بالا برای مخلوط‌شدگی نیز داشته باشیم.

در ادامه‌ی مقایسه‌ی نتایج، بایستی طول کانال برای میکسینگ به یک مقدار مناسب بهینه گردد که از اهداف اصلی مجتمع سازی این نوی تراشه‌ها می‌باشد.

منابع و ماخذ پروپوزال:

  1. Yong Kweon Suh and Sangmo Kang, "A Review on Mixing in Microfluidics," Micromachines, pp. 82-111, September 2010.
  2. Nam-Trung Nguyen and Steven T. Wereley, Fundamentals and Applications of Microfluidics. Narwood, Massachusetts: ARTECH HOUSE, 2006, ch. 10, pp. 374-386.
  3. Jessica Melin, Guillem Giménez, Niclas Roxhed, Wouter van der Wijngaart, and Göran Stemme, "A Passive 2-Dimensional Liquid Sample Micromixer," Royal Institute of Technology, Stockholm.
  4. Koji Sugano et al., "High-speed Pulsed Mixing with High-frequency Switching of Pumping from Three Inlet Microchannels," in 6th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems, Kaohsiung, 2011, pp. 75-78.
  5. Hardt et al., "Simulation of Droplet Formation in Micromixers," in Modeling and Simulation of Microsystems, 2001, pp. 223-226.
  6. Sung-Yi Yang and Gwo-Bin Lee, "A NEW VORTEX-TYPE MICROMIXER," in Twelfth International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences, San Diego, California, USA, 2008, pp. 68-70.
  7. Zhen Yang et al., "Ultrasonic micromixer for microfluidic systems," Sensores and Actuators A, pp. 266-272, April 2001.
  8. Chia-Yen Lee, Chin-Lung Chang, Yao-Nan Wang, and Lung-Ming Fu, "Microfluidic Mixing: A Review," International Journal of Molecular Sciences, pp. 3263-3287, May 2011.
  9. Sanket Aryal, "ANALYSIS OF ELECTROKINETIC FLOW IN MICROFLUIDIC CHIPS," Youngstown State University, Thesis of Master of Science in Engineering 2012.
  10. Yiou Wang, Jiang Zhe, Prashanta Dutta, and Benjamin T. Chung, "A Microfluidic Mixer Utilizing Electrokinetic Relay Switching and Asymmetric Flow Geometries," Journal of Fluids Engineering, vol. 129, pp. 395-403, APRIL 2007.
  11. Naoki SASAKI, Takehiko KITAMORI, and Haeng-Boo KIM, "Experimental and Theoretical Characterization of an AC Electroosmotic Micromixer," ANALYTICAL SCIENCES, vol. 26, pp. 815-819, JULY 2010.
  12. Shih-Hao Huang, Shou-Kai Wang, Hwa Seng Khoo, and Fan-Gang Tseng, "AC ELECTROOSMOTIC GENERATED IN-PLANE MICROVORTICES FOR STATIONARY OR CONTINUOUS FLUID MIXING," in The 14th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, Lyon, France, 2007, pp. 1349-1352.
  13. Cha’o-Kuang Chen and Ching-Chang Cho, "Electrokinetically driven flow mixing utilizing chaotic electric fields," Microfluid Nanofluid, vol. 5, pp. 785–793, April 2008.
  14. Mohammad Hadigol, Reza Nosrati, Ahmad Nourbakhsh, and Mehrdad Raisee, "Numerical study of electroosmotic micromixing of non-Newtonian fluids," Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, pp. 965–971, May 2011.

Bi-O Park and Simon Song, "Effects of multiple electrode pairs on the performance of a micromixer using dc-biased ac electro-osmosis," JOURNAL OF MICROMECHANICS AND MICROENGINEERING, pp. 1-6, October 2012.

 

موضوع پایان نامه مهندسی برق الکترونیک و مخابرات ( قسمت اول)

موضوع پایان نامه مهندسی برق قدرت

انجام پروپوزال ارشد برق قدرت (یکپارچگی رله های اضافه جریان)

پروپوزال مهندسی برق قدرت ریز شبکه

دانلود رایگان پایان نامه مهندسی برق قدرت تاثیر مطالعه ساختار سیستم قدرت بر رقابت پذیری بازار برق

 

مشاوره تخصصی انجام پایان نامه ارشد

یکی از مهمترین وظایف دانشجویان در مقاطع تحصیلات تکمیلی (کارشناسی ارشد و دکتری) انجام پایان نامه می باشد. فقر اساتید خبره در زمینه های مختلف علمی تحقیقاتی در برخی دانشگاه های داخلی و خارجی موجب سردرگمی دانشجویان عزیز گردیده است، موسسه ادیب مشاور مفتخر است که در پاسخ به این نیاز طی ده سال فعالیت به تعداد بیشماری از دانشجویان ارشد و دکتری خدمات مشاوره تخصصی ارايه داده است.

به طور کلی انجام پایان نامه کاری زمان بر است که دانش و تجربه زیادی نیازمند است. موسسه ادیب مشاور با چندین سال تجربه در عرصه مشاوره و با در اختیار داشتن متخصصین و اساتیدی با تجربه آماده مشاوره و آموزش پایان نامه در کلیه رشته های دانشگاهی می باشد.

علاوه بر این موسسه ادیب مشاور، در زمینه شبیه سازی مقالات، پایان نامه ها و انجام پروژه ها با برنامه نویسی نیز به دانشجویان کشور عزیزمان خدمات لازم را ارائه می کند. این خدمات شامل تحلیل آماری، پیاده سازی با انواع نرم افزارهای مهندسی، برنامه نویسی با انواع زبان های برنامه نویسی و تهیه پرسش نامه می شود.

به طور کلی سر فصل های خدمات موسسه ادیب مشاور عبارتند از:

مشاوره پروپوزال در رشته مدیریت، حسابداری، مهندسی برق قدرت، مهندسی برق الکترونیک، مهندسی کامپیوتر و روانشناسی و دیگر رشته ها

مشاوره پایان نامه در رشته مدیریت، حسابداری، مهندسی برق قدرت، مهندسی برق الکترونیک، مهندسی کامپیوتر و روانشناسی و دیگر رشته ها

استخراج مقاله از پایان نامه در رشته مدیریت، حسابداری، مهندسی برق قدرت، مهندسی برق الکترونیک، مهندسی کامپیوتر و روانشناسی و دیگر رشته ها

شبیه سازی انواع مقالات مهندسی

تحلیل آماری پایان نامه های آماری

تهیه پرسش نامه در رشته های مختلف دانشگاهی

تهیه پرسش نامه آنلاین در بستر اینترنت

مشاوره رایگان در انتخاب موضوع پایان نامه های مهندسی و سایر رشته ها

انجام پروژه های برنامه نویسی با انواع زبان های برنامه نویسی از قبیل پایتون، متلب و آموزش کامل پروژه انجام شده در قالب فیلم آموزشی

انجام پروژه های شبیه سازی شبکه یا پایان نامه های مرتبط با شبکه با نرم افزارهای NS2 و NS3

انجام پایان نامه ادیب مشاور، انجام پایان نامه، انجام پایان نامه ارشد، انجام پایان نامه کارشناسی ارشد، انجام رساله دکتری، انجام پایان نامه دکتری

اگر برای هریک از موارد فوق نیاز به مشاوره رایگان دارید، همین الان با ما تماس بگیرید.