Μικρορευστονική διάταξη σε PCB με ενσωματωμένο σύστημα
προώθησης ρευστού

Κουβαρά, Δήμητρα; Kouvara, Dimitra

dc.contributor.author	Κουβαρά, Δήμητρα	el
dc.contributor.author	Kouvara, Dimitra	en
dc.date.accessioned	2020-05-28T18:43:35Z
dc.date.available	2020-05-28T18:43:35Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50732
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18430
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Μικροσυστήματα και Νανοδιατάξεις”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μικρορευστονικές διατάξεις	el
dc.subject	Σύστημα προώθησης	el
dc.subject	Μικροβαλβίδα	el
dc.subject	PCB	en
dc.subject	MicroPCR	en
dc.subject	Microfluidic devices	en
dc.subject	Impulsion system	en
dc.subject	Microvalves	en
dc.subject	PCB	en
dc.subject	MicroPCR	en
dc.title	Μικρορευστονική διάταξη σε PCB με ενσωματωμένο σύστημα προώθησης ρευστού	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Μηχανική των ρευστών	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-10-24
heal.abstract	Τις τελευταίες δεκαετίες, τα μικρορευστονικά συστήματα έχουν προσελκύσει σημαντική προσοχή λόγω της τεράστιας δυνατότητας εφαρμογής τους σε πολυάριθμα πεδία, και ιδιαίτερα στις βιοεπιστήμες. Όσον αφορά τις βιοϊατρικές εφαρμογές (λ.χ διάγνωση ασθενειών), υπάρχει επιτακτική ανάγκη για συνεχή βελτίωση τόσο της ολοκλήρωσης όσο και της φορητότητας των συστημάτων point-of-care ενσωματώνοντας υψηλού βαθμού ολοκληρωμένες και κατά το δυνατόν αυτόνομες μικρορευστονικές διατάξεις, προκειμένου να γίνεται λόγος για lab-on-a-chip και όχι για chip-in-a-lab. Σε αυτή την κατεύθυνση, τα ενσωματωμένα συστήματα προώθησης ρευστών παρουσιάζουν σημαντικό πλεονέκτημα, καθώς αποφεύγεται η χρήση εξωτερικών αντλιών και των πολύπλοκων και ακριβών ροϊκών διεπαφών. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία, μία πρωτοποριακή τεχνολογία κατασκευής βασισμένη σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων (Printed Circuit Board, PCB) θα αξιοποιηθεί για την πραγματοποίηση ενός συστήματος προώθησης ρευστού ενσωματωμένο σε μικρορευστονική διάταξη. Το πλεονέκτημα της τεχνολογίας PCB είναι ότι είναι ευρέως διαδεδομένη με δυνατότητα βιομηχανικής (μαζικής) παραγωγής, η οποία οδηγεί σε υψηλή αξιοπιστία και σε χαμηλό κόστος κατασκευής, ενώ ταυτόχρονα επιτρέπει την εύκολη ολοκλήρωση μικρορευστονικών και μικροθερμαντικών στοιχείων ή τυχόν στοιχείων ανίχνευσης (π.χ. αισθητήρων). Το αντικείμενο της εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η υλοποίηση μικρορευστονικής διάταξης με ενσωματωμένο μηχανισμό προώθησης ρευστού πάνω σε PCB. Το σύστημα προώθησης επιτρέπει τη μεταφορά ρευστών δειγμάτων διαμέσου μαιανδρικού μικροκαναλιού με ροή σε εύρος τιμών συμβατό με microPCR διατάξεις συνεχούς ροής (Polymerase Chain Reaction, PCR). Ο μηχανισμός προώθησης βασίζεται στη διαφορά πίεσης που δημιουργείται μετά την απελευθέρωση συμπιεσμένου αέρα, που αρχικά είναι εγκλωβισμένος σε θάλαμο, σε μικροκανάλι. Με δεδομένο ότι η ογκομετρική παροχή είναι κρίσιμη παράμετρος για την απόδοση πολλαπλασιασμού του DNA, στην παρούσα εργασία αναπτύσσονται δύο μοντέλα προσομοίωσης μέσω των οποίων υπολογίζεται η πίεση στον θάλαμο συμπίεσης, ο προωθούμενος όγκος ρευστού και η ογκομετρική παροχή. Οι υπολογισμοί που προκύπτουν από το λεπτομερές μοντέλο διασφαλίζουν τη μετακίνηση της απαιτούμενης ποσότητας δείγματος διαμέσου του καναλιού με την ογκομετρική παροχή να κυμαίνεται μεταξύ των τιμών 1 − 22 μL/min. Το εύρος αυτό με τις δεδομένες διαστάσεις του μικροκαναλιού είναι κατάλληλο για τον πολλαπλασιασμό του DNA σε microPCR διατάξεις συνεχούς ροής. Ακολουθεί ο σχεδιασμός της μικροδιάταξης στο Autodesk Inventor και η κατασκευή της είτε σε δύο υποστρώματα (PMMA & PCB, υβριδική διάταξη, προσέγγιση του Πανεπιστημίου της Σεβίλλης) είτε σε ένα μόνο PCB (ολοκληρωμένη διάταξη,προσέγγιση του Ινστιτούτου Νανοεπιστήμης και Νανοτεχνολογίας). Τόσο ο προωθητικός μηχανισμός όσο και το μικρορευστονικό κανάλι κατασκευάζονται με φωτολιθογραφία ξηρού φωτοευαίσθητου στρώματος που χρησιμοποιείται για πρώτη φορά στο ΙΝΝ. Ο σχηματισμός δε των θαλάμων συμπίεσης και απόσβεσης γίνεται σε επεξεργασμένο πλεξιγκλάς (PMMA), ενώ οι μικροβαλβίδες σχηματίζονται στο επάνω στρώμα χαλκού του PCB με δύο τεχνικές: (i) φωτολιθογραφία και (ii) CNC milling. Αυτή η εργασία αποτελεί μία διερευνητική μελέτη για την ανάπτυξη συστήματος προώθησης ρευστού σε PCB με την προοπτική ενσωμάτωσης σε microPCR διάταξη συνεχούς ροής. Πρόκειται για μικρορευστονική διάταξη με δυνατότητα μελλοντικής αξιοποίησης στην αγορά, καθώς πληρεί τα κριτήρια της αυτονομίας, της φορητότητας, του υψηλού βαθμού ολοκλήρωσης και της μαζικής παραγωγής σε χαμηλό κόστος.	el
heal.advisorName	Τσερέπη, Αγγελική	en
heal.advisorName	Κόκκορης, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Τσερέπη, Αγγελική	el
heal.committeeMemberName	Κόκκορης, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Τσουκαλάς, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Μικροσυστήματα και Νανοδιατάξεις”	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	131σ .	el
heal.fullTextAvailability	false