ارائه‌کننده: علیرضا خوزستانی
استاد راهنما اول: دکتر یوسف حجت
استاد راهنما دوم: دکتر محمد حسین نصر اصفهانی
استاد مشاور: دکتر مرضیه تولائی
استاد ناظر داخلی اول: دکتر ایمان حلوایی
استاد ناظر داخلی دوم: دکتر سارا درباری کوزه کنان
استاد ناظر خارجی اول: دکتر عبدالحسین شاهوردی
استاد ناظر خارجی دوم: دکتر عقیل یوسفی کما
تاریخ: 1402/11/14
ساعت:12:30
مکان: کلاس 154 دانشکده مکانیک

چکیده:
در سال‌های اخیر، روش‌های میکروفلوئیدیک برای جداسازی اسپرم‌های پویا، متحرک و با بهترین مورفولوژی و ساختار DNA روزبه‌روز توسعه پیداکرده و در آینده‌ای نه‌چندان دور جایگزین روش‌های سنتی خواهند شد. با توجه به ساختار پیچیده اسپرم، جداسازی اسپرم‌هایی باکیفیت خوب با روش‌های قدیمی مثل جداسازی با شنا کردن به سمت بالا یا سانتریفیوژ شیب غلظت دارای چالش‌های زیادی ازجمله احتمال واردکردن آسیب به DNA اسپرم و زمان‌بر بودن را دارد. سیستم‌های میکروفلوئیدیک نیاز به حجم نمونه کمتری دارند که دارای مزایایی همچون کاهش هزینه مواد، تهاجم کمتری به بیماران برای استخراج نمونه و همچنین زمان کمتر آزمایش‌­ها هستند. علاوه بر این، اندازه کوچک‌تر دستگاه همراه با هزینه‌های ساخت پایین‌تر، اجازه ساخت سیستم‌های موازی با توان عملیاتی بالا را می‌دهد. استفاده از پدیده­‌های دی‌­الکتروفورز و الکتروفورز که برای جداسازی از خواص الکتریکی ماده و همچنین بار الکتریکی سطحی آن، استفاده می‌کند می­‌توانند به‌عنوان یک روش جدید برای جداسازی اسپرم‌های سالم ارائه شوند. در این تحقیق برای حل مسئله مذکور یک عملگر جداسازی میکروفلوئیدیک به‌منظور استفاده از پدیده دی­‌الکتروفورز طراحی و ساخته شد که برای جداسازی از این پدیده همراه با خاصیت تیگموتاکسی اسپرم استفاده می‌کند. همچنین عملگر دیگری نیز برای استفاده از پدیده الکتروفورز و جریان الکترواسمزی حاصل از آن ساخته شد. در ابتدا پس از ارائه معادلات حاکم، سیستم میکروفلوئیدیک جداسازی سلول‌ها با استفاده از پدیده دی‌الکتروفورز مثبت و الکتروفورز طراحی گردید. سپس با انجام شبیه‌سازی‌های الکتریکی، سیالاتی و حرکت ذرات در نرم­‌افزار کامسول‌مولتی‌فیزیک، تأثیر پارامترهای مختلف بر عملکرد این عملگر شامل گام الکترودها، ولتاژ و ارتفاع کانال بررسی شد. نتایج شبیه‌سازی نشان داد افزایش ولتاژ، کاهش ارتفاع کانال و انتخاب صحیح گام الکترود موجب کاهش زمان به دام افتادن ذرات در فرایند جداسازی می‌شود. بر مبنای طراحی و شبیه‌سازی انجام‌شده عملگری برای جداسازی اسپرم‌ها ساخته‌شده و مورد آزمایش قرار گرفت. در آزمایش‌­های تجربی برای اولین بار روشی برای اندازه‌گیری نیروی دی‌الکتروفورز ارائه شد و صحت‌سنجی گردید که درآن با حل معادلات تعادل ذره، نیروی وارد بر آن به‌صورت تجربی اندازه‌گیری می‌شود. در روش‌های سنتی اندازه‌گیری نیرو که اثر نیروی اصطکاک را حذف می‌کنند خطای بالایی دارند که در این روش منشا این خطا حذف شده و اثر نیروی اصطکاک در نظر گرفته شده­ است. در آزمایش‌های تجربی، فاکتور کلازیوس موستی به‌صورت جداگانه برای سر و دم اسپرم ارائه شد. همچنین، تغییر جهت حرکت اسپرم، چرخاندن و انتقال آن به نقطه هدف از دیگر نتایج این تحقیق می‌باشد. تست جداسازی اسپرم‌های سالم از ناسالم با استفاده از پدیده دی­‌الکتروفورز انجام‌شده و آزمایشات عملکردی همچون تست تحرک، تست حیات و تست DNA نیز انجام شد. نتایج نشان داد خروجی سیستم طراحی‌شده نسبت به ورودی آن بهبود یافته به‌­طوری ­که تحرک، حیات اسپرم به بیشتر از 80% افزایش یافته و میزان شکستگی DNA اسپرم­‌ها نیز به زیر 20% رسیده است که نشان دهنده­ دارای کارائی مناسبی سیستم طراحی شده می‌باشد.